Multipla elektroder för elektrisk behandling av förmaksarytmi

Rapport nr. 230 

Utveckling av multipla elektroder och instrument 

för elektrisk behandling av förmaksarytmi 

Development of multiple electrodes and system for 

electrical treatment of atrial fibrillation 

Kungliga Tekniska Högskolan 

Avdelningen för Mekatronik 

Institutionen för Maskinkonstruktion 

MultiPace 

Karolinska Institutet 

Avdelningen för Medicinsk Teknik 

Institutionen för Laboratorievetenskap 

Examensarbete utfört av Joel Djerf, Niklas Lagström och Daniel Siberg 

Stockholm 2004

Tack! 

Vi vill på detta sätt tacka de personer som stöttat oss under arbetets gång. Utan dessa 

personers hängivna support och glada tillrop hade detta projekt aldrig kunnat genomföras. Vi 

vill härmed tacka för ert deltagande som såväl experter, handledare och bollplank. 

Håkan Elmqvist, för ett brinnande intresse och ständigt nya utmaningar 

Mats Hanson, för ett förtroendeingivande lugn och stöttning med mekatroniken 

Jan Bergholm, utan dig hade det inte blivit någon produkt över huvud taget 

Tommy Ribbe, för support i allt från nycklar till kretskortsritningar 

Gösta Hellström, för rådgivning inom kvalitet och regelverk 

Jan van der Linden, för support och handledning på den medicinska sidan 

Robert Roine, Steriltekniska enheten, för sterilisering av elektroderna 

Magnus Öhman och Pia Sundheim, St. Jude Medical, för stipendier som möjliggjort arbetet 

Mats Rehnström, Svenska Rymdaktiebolaget, för hjälp med elektronikkonstruktionen 

Mats Ohlsson, Läkemedelsverket, för hjälp med regelverket kring medicintekniska produkter 

Peter Nermander, Intertek Semko, för hjälp med regelverket kring medicintekniska produkter 

Samt naturligtvis alla anonyma som var med och hjälpte till vid djurförsöken. 

Sist men inte minst, tack till våra nära och kära för support, korrekturläsning och stora 

tålamod! 

/Joel Djerf, Niklas Lagström och Daniel Siberg 

3

Sammanfattning 

Hjärtrytmsrubbningar eller arytmier är en generell beteckning för en mängd olika 

sjukdomstillstånd som kan drabba hjärtat. Då man i medicinska sammanhang talar om 

Takyarytmi avses ett tillstånd då hjärtat arbetar med en onormalt snabb hjärtrytm. En variant 

av detta är så kallad re-entry Takykardi eller förmaksarytmi. Denna tros uppstå när 

retledningarna från hjärtats sinusknuta till AV-knutan går för fort eller kortsluts av 

omkringliggande celler vilket ger upphov till så kallade re-entry slingor, återkopplade 

signalbanor som stör hjärtats elektriska retledningssystem. Detta är idag ett stort problem 

eftersom en stor andel av befolkningen drabbas. 

Förmaksarytmi är starkt kopplat till stigande ålder men sjukdomen kan även uppstå på grund 

av medfödda defekter eller på grund av yttre påverkan. Arytmin påverkar hälsan genom att 

hjärtats funktion kan bli kraftigt nedsatt. Denna typ av arytmi kan som regel inte behandlas 

med konventionell pacemakerteknik. En del av de patienter som drabbas svarar dessutom inte 

på medicinering utan behöver då opereras för att bli fri från problemet. Idag sker denna 

operation genom att bröstkorgen öppnas och delar av förmaket förstörs när ytan förses med 

ärrvävnad på grund av de snitt som läggs och sys ihop, eller genom att thoraxkirurgen bränner 

eller fryser sönder delar av vävnaden. Detta görs för att bilda en labyrint (eng. maze) att leda 

retledningarna genom för att fördröja deras ankomst till AV-knutan och därmed minska 

hastigheten på förmaksarytmin. Denna metod utvecklades av amerikanen James Cox och 

därefter kallas operationen för Cox-Maze operation. 

Detta arbete syftar till att undersöka en alternativ metod för att behandla förmaksarytmi 

genom elektrisk stimulans. Ett system har utvecklats för att användas vid kliniska tester vilket 

förhoppningsvis ger svar på om denna behandlingsform kan vara en lösning till problemet. 

Tanken är att utnyttja multipla elektroder för att kunna bryta dessa arytmier där de uppstår för 

tillfället utan att skada hjärtmuskulaturen. Detta löses genom att upp till tolv elektroder fästs 

på epikardiet med hjälp av undertryck för att inte skada hjärtvävnaden. Varje kanal styrs 

individuellt av en mikroprocessor. Systemet kontrolleras i sin tur av en överordnad processor, 

Mastern. Vid normal användning detekterar elektroderna hjärtats spontana aktivitet. Beroende 

av vilken funktionsmode som valts arbetar huvudprocessorn efter en given beslutsalgoritm. 

Systemet som tagits fram är komplett för diagnostisering och behandling av vissa 

förmaksarytmier. Två olika typer av epikardieelektroder har konstruerats och testats med 

mycket goda resultat. Systemet uppfyller de krav som ställs på medicinteknisk utrustning för 

kliniska tester och en komplett riskanalys och riskhantering har gjorts. Inga tester på patienter 

har kunnat genomföras inom projektets ramar, men systemet är efter prövning färdigt för att 

genomgå sådana försök. 

4

Abstract 

Arrhythmia is a general description of a number of different symptoms that can cause 

heartfailure. One common heart decease is referred to as Tachy-arrhythmia, which means that 

the heart rate is abnormally high. An example of this is re-entry Tachycardie, also called atrial 

fibrillation. The symptoms is believed to occur when nerve impulses from the sino-atrial node 

to the atrio-ventricular node travel to fast or become short-circuited by the surrounding cells. 

This is today a very common problem, especially among older patients. 

Atrial fibrillation can severely reduce heart efficiency. This kind of arrhythmia can generally 

not be treated with conventional pacemaker technology. Some of the patients do not react on 

antiarrhythmetic medication and therefore need to undergo surgery. This means open chest 

surgery where a maze of scars is made on the atrial surface by incisions, freezing or heat 

ablation. The idea of this surgery is to destroy the normal pathways of the nerves and force 

impulses to travel through the maze. This results in a longer delay between the sino-atrial 

node and the atrio-ventricular node. This method was developed by James Cox, and is 

therefore called the Cox-Maze-surgery. 

The aim of this work is to develop a technique for electrical treatment of atrial fibrillation. A 

system constructed for clinical tests has been developed to verify this. The idea is to use 

multiple electrodes to break local arrhythmias where they occur at the moment without 

harming the atrial tissue. This is solved by using a maximal amount of twelve electrodes that 

are attached to the epicardial tissue by a vacuum pump. Each electrode is controlled by a 

separate microprocessor. The action of the electrodes is controlled by a superior 

microprocessor. Spontaneous heart activity is detected by the electrodes and leads to an 

appropriate action by the system. 

This developed system is complete for diagnosing and treating various atrial arrhythmias. 

Two kinds of epicardial electrodes that are attached to the atrial surface via vacuum have been 

constructed and tested with very good results. The system fulfils demands put on medical 

devices for clinical tests and a complete risk analysis and risk-handling procedure have been 

done. No patient tests have been able to be performed within this project, but the system is 

ready for these tests. 

5

Innehållsförteckning 

1. Inledning _______________________________________________________________ 9 

1.1 Problemdefinition _____________________________________________________ 9 

1.2 Omfattning__________________________________________________________ 10 

1.3 Metod ______________________________________________________________ 10 

1.4 Planering ___________________________________________________________ 10 

1.5 Arbetsfördelning _____________________________________________________ 11 

2. Litteraturstudie _________________________________________________________ 13 

2.1 Hjärtats anatomi och retledningssystem__________________________________ 13 

2.2 Hjärtrytmsrubbningar ________________________________________________ 16 

2.3 Öppen hjärtkirurgi för behandling av förmaksflimmer _____________________ 20 

2.4 Teknisk bakgrund ____________________________________________________ 22 

3. Design av elektroder och dess anslutningssystem _____________________________ 25 

3.1 Elektroddesign_______________________________________________________ 25 

3.2 Design av vakuumsystem och panel _____________________________________ 28 

4. Elektronik _____________________________________________________________ 29 

4.1 Förutsättningar ______________________________________________________ 29 

4.2 Design av elektroniken ________________________________________________ 31 

4.3 Konstruktion ________________________________________________________ 36 

5. Mjukvara ______________________________________________________________ 45 

5.1 Systemkrav__________________________________________________________ 45 

5.2 Designalternativ______________________________________________________ 45 

6. Processorstyrning _______________________________________________________ 49 

6.1 Inledning ___________________________________________________________ 49 

6.2 Val av processorer____________________________________________________ 49 

6.3 Systembeskrivning ___________________________________________________ 50 

6.4 Användargränssnitt __________________________________________________ 53 

6.5 Algoritm ____________________________________________________________ 57 

6.6 System timing________________________________________________________ 61 

6.7 Kommunikationsprotokoll _____________________________________________ 62 

6.8 Utvecklingsmiljö _____________________________________________________ 68 

6

7. Riskanalys och riskhantering______________________________________________ 69 

7.1 Identifiering enligt EN 1441 ____________________________________________ 69 

7.2 Tillägg enligt ISO 14971 _______________________________________________ 70 

7.3 Accepterandet av risker _______________________________________________ 71 

7.4 Felträdsanalys _______________________________________________________ 72 

7.5 Riskhantering _______________________________________________________ 73 

8. Tester _________________________________________________________________ 74 

8.1 Undersökning av restpolarisation mellan elektroder _______________________ 74 

8.2 Datainsamling vid djurförsök __________________________________________ 75 

8.3 Elektrodernas funktion under djurförsök ________________________________ 77 

8.4 Tolkning av förmaks-EKG_____________________________________________ 80 

9. Framtida utveckling _____________________________________________________ 83 

9.1 Elektronik __________________________________________________________ 83 

9.2 Mjukvara ___________________________________________________________ 83 

10. Resultat_______________________________________________________________ 85 

X. Referenser _____________________________________________________________ 86 

X.1 Litteratur___________________________________________________________ 86 

X.2 Internet ____________________________________________________________ 86 

X.3 Artiklar ____________________________________________________________ 87 

Y. Bilagor ________________________________________________________________ 89 

Y.1 Kravspecifikation ____________________________________________________ 89 

Y.2 Handledning ________________________________________________________ 91 

Y.4 Kretskort ___________________________________________________________ 94 

Y.6 Ritningar till elektrodhuvud ___________________________________________ 98 

Y.7 Steriliseringsinstruktioner_____________________________________________ 99 

Y.8 Elektronikritningar och layout ________________________________________ 100 

Y.9 Komponentlistor____________________________________________________ 104 

Y.10 Ordlista __________________________________________________________ 106 

7

1. Inledning 

En stor andel av befolkningen (cirka fem procent av befolkningen över 70 år) drabbas av 

förmaksarytmier som påverkar deras hälsa. Förmaksarytmi uppstår när retledningarna från 

hjärtats sinusknuta till AV-knutan går för fort eller kortsluts av omkringliggande celler. 

Arytmin kan vara mycket besvärlig för de patienter som drabbas. Vid allvarliga symtom kan 

livskvalitén avsevärt försämras. Symtomen kan till exempel yttra sig genom att man blir 

andfådd av minsta ansträngning. Många upplever även stort obehag då arytmin uppträder. 

Undersökningar pekar även på att arytmier avsevärt ökar risken för andra hjärtrelaterade 

sjukdomar. Risken för att drabbas av till exempel stroke anses vara 5-6 gånger högre för 

personer med förmaksflimmer. 

Hjärtrytmsrubbningar kan vanligen behandlas med hjälp av antiarytmika 1 men en del av de 

patienter som drabbas svarar inte på medicinering utan behöver då opereras för att bli fri från 

besvären. Idag sker denna operation genom att bröstkorgen öppnas och delar av förmaket 

förstörs när ytan förses med ärrvävnad på grund av de snitt som läggs och sys ihop, eller 

genom att thoraxkirurgen bränner eller fryser sönder delar av vävnaden. Detta görs för att 

bilda en labyrint (eng. maze) att leda retledningarna genom för att fördröja deras ankomst till 

AV-knutan och därmed minska hastigheten på förmaksarytmin. Denna metod utvecklades av 

amerikanen James Cox och därefter kallas operationen för Cox-Maze operation. 

Uppföljningar har gjorts på patienter som genomgått denna operation som visar på mycket 

goda resultat. En nackdel med denna teknik är dock att det är en irreversibel operation där 

hjärtvävnad förstörs och därmed påverkas funktionen permanent. 

Detta arbete syftar därför till att undersöka alternativa metoder för behandling av 

förmaksarytmier. Examensarbetet utförs som ett samarbetsprojekt av en student med 

inriktning mot medicinsk teknik och två studenter med inriktning mot mekatronik. 

Utvecklingen sker vid respektive institution med en hög grad av samarbete och en slutfas när 

produkten i sin helhet provas ut. Handledare är Håkan Elmqvist, professor i medicinsk teknik 

(KI), samt Mats Hanson, professor i Mekatronik (KTH). Arbetets omfattning är 20 

studieveckor för varje student. 

1.1 Problemdefinition 

För att kunna erbjuda ett alternativ till den ovan nämnda Cox-Maze operationen skall det 

undersökas om det går att undvika att förstöra delar av hjärtvävnaden genom att i stället skapa 

en labyrint med hjälp av elektrisk stimulans. Detta skulle kunna ske med ett system av 

elektroder som fästs på hjärtats yta för att sedan med elektricitet blockera uppkomst av 

återkopplade re-entrybanor 2 . Fördelen med detta system är att hjärtvävnaden behålls intakt 

samt att vid de tillfällen då labyrinten inte behövs aktiveras den inte. Syftet med att ta fram 

detta system är att undersöka om metoden kan fungera. Eftersom problemet inte finns hos djur 

kan inga djurmodeller göras och därför måste tester göras direkt på människor. 

1 Se ordlista, bilaga Y.10 


9

Problembeskrivningen definieras därför här enligt följande: 

• Kan multipla elektroder i direkt anslutning till epikardiet utnyttjas för att behandla och 

förhindra uppkomsten av förmaksarytmi? 

Det kan vara fördelaktigt att bryta ner grundfrågeställningen i mindre delar. Frågeställningen 

har således delats in i fyra huvudfrågor: 

o Kan flera elektroder anslutas till epikardiet med hjälp av vakuumteknik för att 

minimera yttre påverkan utan att anslutningssäkerheten äventyras? 

o Kan hjärtats aktivitet detekteras med ovan nämnda elektroder och användas för 

att diagnostisera förmaksarytmi? 

o Klarar utrustningen de hygieniska och säkerhetsmässiga krav som ställs för att 

tillåta kliniska tester? 

o Är det möjligt att skapa en ”elektrisk maze” för att behandla förmaksarytmi? 

1.2 Omfattning 

Omfattningen med detta arbete begränsar sig till att undersöka möjligheterna till att behandla 

förmaksarytmi på elektrisk väg. Den utrustning som utvecklas skall, om möjligt användas vid 

kliniska försök. De patienter som under examensarbetet eventuellt kommer att ingå i 

undersökningen kommer att väljas ut av de thoraxkirurger vid Huddinge sjukhus som ingår i 

detta samarbete. Utrustningen användningsområde omfattar enbart användning i 

forskningssyfte men systemet måste naturligtvis uppfylla samma stränga krav på säkerhet och 

hygien som implanterbar utrustning såsom pacemaker eller dylikt. 

1.3 Metod 

För att undersöka vilka studier som är gjorda kommer i första hand litteratur av typen ”state of 

the art” inom pacemakerteknologi att studeras samt vetenskapliga artiklar ur PubMed, PACE 

och liknande artikeldatabaser. Samtal med thoraxkirurger kombinerat med laborationer och 

andra testmetoder kommer förhoppningsvis att klargöra placering av elektroder, vilka 

spänningar som kan behövas samt vilken typ av detektering av spontan hjärtverksamhet som 

behövs. För att kunna göra tester med produkten i slutfasen krävs etiska prövningstillstånd. 

Detta kommer att tas fram i samarbete med Prof. Håkan Elmqvist och Öl. Jan van der Linden. 

1.4 Planering 

Arbetet indelas i fyra faser: 

• Fas 1: 19/1 – 27/2. Inläsnings- och elektrodutvecklingsfas. 

Litteraturstudier, undersökning av tidigare forskning på området, planering, utveckling 

av elektrodprototyp samt djurförsök med densamma. Arbeta på rapporten. 

10

• Fas 2: 1/3 – 16/4. Prototypfas. 

Utveckling av fungerande elektroder samt en prototyp på pacemakern, där 

pacemakerns viktigaste delsystem ska fungera ihop. Kringsystem designas. Sök etiskt 

prövningstillstånd. Arbeta på rapporten. 

• Fas 3. 19/4 – 11/6. Konstruktions- och inkörningsfas. 

Den slutgiltiga pacemakern konstrueras och provkörs tillsammans med kringsystem. 

Användargränssnittet tas fram. Arbeta på rapporten. 

• Fas 4. 14/6 – 25/6. Avslutningsfas. 

Rapportsammanställning. Presentation. 

Eventuellt kan tester på patienter göras i slutet av fas 3, om etiskt prövningstillstånd har 

erhållits och lämpliga patienter finns tillgängliga. 

1.5 Arbetsfördelning 

Arbetet har fördelats på följande sätt: 

Niklas – elektroder: 

Utveckling av elektroder och fysisk koppling mot hjärtat. Elektrodernas placering, 

kontaktytor, fastsättning på hjärtat med hjälp av vakuum och lämpliga signalnivåer. Etiska 

och kvalitetsmässiga krav på utrustningen, samt lösning av placering i operationssalen. 

Daniel – elektronik: 

Utveckling av elektronik. Signalbehandling. Kontroll av elektrodernas status med avseende på 

kontakten mot hjärtat. Strömförsörjning. Signaltransport över olika gränssnitt, optokopplare 

eller koppartråd? 

Joel - mjukvara: 

Utveckling av processorstyrningen av systemet och användarinterface. Seriell 

kommunikation. Vilken input och output behövs? Visualisering? Behov av datainsamling? 

Användargränssnitt 

Joel 

Daniel 

Elektronik 

Mikroprocessor 

Elektrodgränssnitt 

Figur 1.1 Avgränsning mellan projektdeltagare 

11 

Niklas 

Människa- 

Maskin 

gränssnitt

2. Litteraturstudie 

För att kunna sätta sig in i problemet och underlätta utvecklingsarbetet gjordes en 

litteraturstudie i projektets första fas. Källor till studien återfinns i fotnötter och i 

referenslistan, kapitel X. 

2.1 Hjärtats anatomi och retledningssystem 

Hjärtat är huvudsakligen uppdelat i fyra avdelningar, höger och vänster förmak samt höger 

och vänster kammare. Det venösa (syrefattiga) blodet kommer från kroppen in i hjärtat via 

vena cava superior och vena cava inferior (övre och undre hålvenen) in i höger förmak. 

Därifrån leds blodet via tricuspidalisklaffarna ner i höger kammare. När hjärtat går in i sin 

arbetsfas (systole) pressas blod vidare ut i arteria pulmonalis 3 för transport till lungorna där 

det syresätts. Efter att blodet syresatts i lungorna kommer det tillbaka till hjärtat via vena 

pulmonalis 4 in i vänster förmak. Därefter leds blodet förbi mitralisklaffarna ned i vänster 

kammare varifrån det senare pressas ut i stora kroppspulsådern, aorta. 5 

Respektive sida kan ses som en seriell pump som skiljs åt genom en vägg som kallas septum 

vilken består av fett och bindväv. Frånsett en punkt (AV-knutan) är de båda sidorna elektriskt 

isolerade från varandra. Ett friskt hjärta slår lika många gånger med förmaket som med 

kammaren. Hjärtat är placerat ungefär mitt i bröstkorgen framför och mellan lungorna och 

inte mer till höger (framifrån sett) som är en vanlig uppfattning hos många. Till utseende kan 

det liknas vid en avrundad kon som sluttar lite nedåt vänster med ett avrundat slut (apex) och 

utåt. Hjärtats väggar består av ett tjockt lager av muskulatur (myokardiet) som på insidan är 

täckt av endokardiet och utsidan skyddas av epikardiet. 



5 Clinical Anatomy for Medical Students, s. 98 

6 Pacemakern och hjärtat s. 30 

Figur 2.1 Hjärtats anatomi 6 

13

2.1.1 Aktionspotential 

Kroppens nerv- och muskelceller är mycket effektiva på att sprida signaler och på så sätt 

förmedla budskap mellan olika delar av kroppen. Signaler som dessa kallas aktionspotentialer 

och utlöses då en aktionspotential från en närliggande cell träffar nästa och består av snabba 

förändringar i cellens membranpotential. Dessa celler har i vila en membranpotential på 

mellan 60 och 90mV, med insidan negativt laddad jämfört med utsidan. 

Om den retning som träffar cellen överstiger cellens tröskelvärde skickas aktionspotentialen 

vidare och om den inte gör det sker enbart en lokal retning. Aktionspotentialen bildar en 

självgående våg av depolariseringar (när cellernas membranpotentialer under cirka en 

millisekund förändras och byter polarisation) som alltid har samma amplitud och varaktighet. 

Dessa värden är cirka 110mV och 0.3 – 0.4 sekunder 

Den del av aktionspotentialen där cellens potential stiger från cirka –90mV till cirka 20mV 

kallas depolarisation. När sedan potentialen sjunker igen kallas det att cellen repolariseras. 

Muskelcellerna i hjärtats myokardie är elektriskt sammanbundna med varandra för att 

fortplantningen av en aktionspotential skall möjliggöras. Aktionspotentialen sprids genom 

muskulaturen till dess att alla celler har depolariserats och därmed uppnås en maximal 

kontraktion av hjärtmuskulaturen. All denna aktivitet är av formen ”allt eller inget”, vilket 

innebär att antingen sker en kontraktion eller inte. 

Förmaken och kamrarna är dock elektriskt isolerade från varandra genom de olika vävnader 

som de består av. Detta för att inte förmakens polarisation, som sker aningen innan 

kamrarnas, skall påverka respektive kammare. Den enda punkt där förmaken och kamrarna är 

i elektriskt förbindelse är i AV-knutan. 7 


Figur 2.2 Aktionspotentialen i hjärtmuskulaturen 

14

2.1.2 Refraktärperiod 

Under den tid som cellen är stimulerad och aktionspotentialen varar (cirka 0.15 sekunder för 

cellerna i förmaket och 0.25 sekunder för muskelceller i kamrarna) kan dessa inte påverkas av 

någon ny stimulering. Det spelar ingen roll hur kraftig den nya stimuleringen är, den 

pågående kommer inte att avbrytas eller påverkas på något sätt. 

2.1.3 Hjärtats retledningssystem 

Hjärtats aktivitet styrs av signalsubstanser som reagerar på syrehalt i blodet, hormoner, 

temperatur i kroppen m.m. Dessa skickas via frenicusnerven till hjärtats sino-atrial-knuta 

(sinusknuta) som avgör hjärtats aktuella frekvens. Dock arbetar sinusknutan med en högre 

frekvens än vad hjärtat faktiskt kommer att slå med eftersom retledningarna dämpas ca 0.04 

sekunder i AV-knutan. Detta sker för att kammarna skall hinna fyllas med blod samt att 

kroppen skall få den mängd blod som behövs för stunden. 8 

Sinusknutan sitter placerad på höger förmaks framsida precis nedanför infästningen av vena 

cava superior. Forskning har visat att signalerna från sinusknutan till AV-knutan leds fortare 

än vad den gör genom vanligt hjärtmuskulatur, vilket förklaras genom att det finns så kallade 

internodala ledningsbanor. Dessa är dock inga specifika retledningsceller, utan de består av en 

blandning av vanlig hjärtvävnad och specialiserade retledningfibrer (s.k. Purkinjefibrer). 

Dessa ledningsbanor kan dock störas ut av omkringliggande celler och på så sätt skapas 

förmaksflimmer. Förmaksflimmer kan även skapas om de internodala ledningsbanorna 

kortsluts och samma signal skapar flera förmakskontraktioner, så kallat re-entrytakykardi. (Se 

kapitel 2.2.3 för mer information om förmaksflimmer.) 

Från Sinusknutan leds signalerna över till vänster förmak via Bachmanns bana. Det har visat 

sig att de internodala ledningsbanorna består av tre olika banor; den bakre, mellersta samt 

främre som leder impulserna till AV-knutan. Från AV-knutan leds signalerna ner genom Hisbunten 

och ut i respektive kammare genom höger och vänster skänkel. Dessa ledningar består 

av specialiserade muskelceller samt Purkinjefibrer. 9 

8 Medicinsk teknik 

9 Clinical Anatomy for Medical Students, s. 96-97 


Figur 2.3 Hjärtats retledningssystem. 10 

15

2.2 Hjärtrytmsrubbningar 

Hjärtrytmsrubbningar eller arytmier är en generell beteckning för en mängd olika 

sjukdomstillstånd som kan drabba hjärtat. Orsaken till arytmin kan vara primär eller sekundär. 

Med primära orsaker menas elektriska problem i hjärtvävnadens retledningssystem. Klaffel 

eller muskelskador kan också vara en källa till rubbningar i hjärtats funktion men då talar man 

om sekundära orsaker. Dessa sekundära orsaker kan även påverka hjärtats elektriska 

aktivitet 11 . 

2.2.1 Bradyarytmier 

Bradyarytmi uppstår som ett resultat av en störning i formationen av en signal eller på grund 

av störningar eller hinder i impulsens ledningsväg. Man delar in dessa typer av 

impulsstörningar i första, andra och tredje ordningens blockeringar. Det kan vara antingen 

Sinusknutan (sino-atrial-knuta) eller AV knutan (atrial-ventrikulär-knuta) som påverkas. 

• Första ordningens blockering innebär att en signal leds vidare genom hjärtvävnaden men 

dess tid förlängs. 

• Andra ordningens blockering betyder att vissa impulser blockeras fullständigt men att 

andra kan passera utan hinder. 

• En tredje ordningens blockering innebär att inga pulser leds vidare. Detta leder vanligen 

till att ett nytt område i hjärtat kan överta funktionen. 

Den medicinska termen Sinus Bradykardi används då hjärtverksamheten är långsammare än 

det normala talet på 60 – 70 slag per minut. Hos en person med diagnostiserad Bradykardi 

avger Sinusknutan < 50 impulser per minut. Bradykardi kan orsakas av en blockering av 

Sinusknutan. Vissa signaler kan passera utan hinder medan andra blockeras. Mönstret för 

impulsblockeringen kan vara regelbundet eller oregelbundet. Denna typ av blockering är ett 

exempel på ett andra ordningens SA block. Om endast var tredje impuls leds vidare kallas 

detta för en 3:1 blockering. Vid 3:2 blockering leds två av tre impulser vidare medan den 

tredje blockeras 12 . 

Sinus arrest är ett exempel på en störning i formationen av en signal. Den så kallade P-vågen 

(förmakets kontraktion) i ett EKG uppträder först efter en lång paus, se figur 2.4. Impulser 

från Sinusknutan uteblir. Detta beror på att cellerna har förlorat sin självdepolariserande 

förmåga (kan liknas vid ett tredje ordningens SA block). Detta leder till att diastole blir 

förlängt eftersom enstaka slag uteblir. Vid ihållande arrest kan impulsbildningen dock övertas 

av ett annat område i hjärtat, impulsbildningen byter fokus. I många fall övertas funktionen av 

AV-noden. 

Figur 2.4 Exempel på utebliven signal, p-vågen uppträder inte på förväntat ställe. 

(www.praktiskmedicin.com) 

11 Hjärtrytmsrubbningar 

12 Pacemakern och hjärtat sid 120 

Vid arrest kan 

långa perioder 

med utebliven 

aktivitet uppstå. 

16 

P-vågen är 

benämningen 

för förmakets 

kontraktion i ett 

EKG

Bradyarytmier kan även uppstå som ett resultat av störningar i ledningsvägen från AV knutan 

till kamrarna. Detta är vanligt hos äldre patienter. Fördröjningen hos AV knutan förlängs 

normalt med stigande ålder eller på grund av medicinering, till exempel med betablockerare. 

Man kallar detta för ett första ordningens AV block. Alla pulser leds vidare men P-Q 

intervallet är förlängt (längre än 210 ms) 13 . 

Vid ett tredje ordningens AV block kan inga signaler ledas vidare och depolarisera kamrarna. 

Normalt upprättas en ny fokus kort efter arresten strax under AV knutan vilket innebär att 

hjärtats pumpande funktion kan upprätthållas. Denna nya fokus är dock långsammare vilket 

leder till en sänkt hjärtrytm. Om blodflödet upphör till följd av en AV blockering som är 

närvarande längre än 20 sekunder drabbas man av medvetslöshet och eventuellt hjärnskador 

till följd av syrebrist. Detta tillstånd kallas även Adam Stokes attack 14 . 

Figur 2.5 Exempel på olika typer av blockeringar som kan uppstå i hjärtats retledningssystem. 

(Pacemakern och hjärtat s 119 ) 

2.2.2 Takyarytmier 

Till skillnad från Bradykardi där hjärtat arbetar med en onormalt långsam puls är Sinus 

Takykardi ett tillstånd där hjärtat arbetar med en kraftigt förhöjd puls. Vanligen diagnostiseras 

Takykardi då Sinusknutan avger > 100 impulser per minut 15 . 

Om ytterligare ledningsbanor finns närvarande till exempel på grund av WPW-syndrom 16 vid 

sidan av de normalt förekommande kan en så kallad re-entry Takykardi uppstå. En och 

samma impuls från Sinusknutan leds dels via AV knutan och dels via flera extra 

ledningsbanor till kammaren. De två depolarisationsvågorna möts och förenas. Normalt 

skapar detta fenomen inga problem för en i övrigt frisk person. Under vissa omständigheter 

kan de två ledningsvägarna börja samverka och skapa en oändlig loop, re-entry Takykardi. 

Detta tillstånd leder till en reducerad kapacitet hos hjärtat (uppkomst av deltavåg som kan 

identifieras på EKG) samt en onormalt snabb hjärtrytm 17 . 

13 Pacemakern och hjärtat s. 118, 125 


15 www.praktiskmedicin.se 

16 Wolff-Parkinson-Whites syndrome 


17

Hjärtceller utanför hjärtats retledningssystem saknar normalt förmåga att självdepolariseras. 

Denna förmåga kan under vissa omständigheter utvecklas, till exempel vid: 

• Förhöjning av cellmembranets potential 

• Yttre mekanisk påverkan 

• Hjärtinfarkt 

Denna förmåga oss hjärtceller kan vara en orsak till begynnande re-entry Takykardi 18 . 

2.2.3 Förmaksflimmer 

Detta arbete syftar främst att undersöka möjligheten att behandla förmaksflimmer med hjälp 

av elektroder fästa i direkt anslutning till epikardiet. Förmaksflimmer är en vanlig hjärtrytmsrubbning 

som drabbar en stor andel av befolkningen. 90000 personer lider uppskattningsvis 

av denna sjukdom enbart i Sverige. Siffran för hela världen beräknas ligga någonstans runt 

fem miljoner människor. Risken för att drabbas ökar med stigande ålder och det har enligt 

undersökningar visat sig att andelen fall av förmaksflimmer är cirka 50 % högre bland män. 

Ungefär 5 % av befolkningen över 70 år beräknas lida av kroniskt förmaksflimmer varvid 

denna grupp står för huvuddelen av alla diagnostiserade fall 19 . Utöver detta antal tillkommer 

även en betydande grupp med paroxysmalt (intermittent) förmaksflimmer. 

Förekomsten av förmaksflimmer har visat sig vara särskilt hög vid klaffsjukdom, 

förmaksseptumdefekt och vid olika former av perikardsjukdomar, se tabell 2.1. 

Förmaksflimmer yttrar sig i direkt genom en reduktion i hjärtats kapacitet men ökar även 

risken för andra sjukdomssymtom, till exempel är sannolikheten för tromboemboliska 

komplikationer hög. Vanligast är stroke, där patienter med förmaksflimmer löper 5-6 gånger 

högre risk att drabbas. Särskilt hög risk löper därför personer med hög ålder kombinerat med 

samtidig närvaro av annan hjärtsjukdom 20 . 

Klaffsjukdom 

Kardiomyopati 

mitralisstenosis 41% 

mitralisinsuffiens 75% 

aortastenosis 1% 

kongestiv 25% 

hypertrofisk 10% 

Perikardsjukdom 

akut perikardit 5% 

konstriktiv perikardit 35% 

Övrigt 

förmaksseptumdefekt 53% 

efter hjärtinfarkt 10-15% 

Modifierat efter referens. (Rapport från Socialstyrelsens kardiologiska expertgrupp, 1997) 

Tabell 2.1 Förekomst av förmaksflimmer i olika diagnoskategorier 

18 

Pacemakern och hjärtat s. 145 

19 

Rapport från Socialstyrelsens kardiologiska expertgrupp, 1997, Förmaksflimmer: Epidemiologi, morbiditet 

och prognos 

20 

Rapport från Socialstyrelsens kardiologiska expertgrupp, 1997, Förmaksflimmer som orsak till hjärninfarkt 

18

Vanliga symtom hos patienter med förmaksflimmer är bröstsmärta, orkeslöshet och man blir 

andfådd av minsta ansträngning. Även det psykologiska tillståndet kan påverkas negativt 

eftersom många känner stort obehag vid flimmerattacker. Symtomen varierar från patient till 

patient och kan vara mer eller mindre allvarliga 21 . 

Hos personer med förmaksflimmer kontraheras förmaken inte i samma takt som kamrarna. 

Förmaken kontraheras mycket snabbt, upp till 350 - 600 kontraktioner per minut 22 . Med 

denna snabba rytm kan förmaken inte arbeta effektivt. Förmaksrytmen blir oregelbunden, 

”flimrar”. Flimret initieras av förekomst av extra internodala ledningsbanor inom förmaket 

och/eller multipla fokus som antagit Sinusknutans förmåga att spontant självdepolariseras. 

När förmaksflimmer utvecklas genereras flera elektriska impulser samtidigt istället för en 

enda. Den snabba kontraktionen hos förmaket uppkommer på grund av att cellerna i förmaket 

försöker att ”svara” på alla signaler. De extra ledningsbanorna tillåter dessutom signaler att 

smita tillbaka flera gånger vilket får förmaken att kontraheras. Signalvägarna genom förmaket 

är således återkopplade. Denna typ av störning i hjärtats elektriska retledningsystem är 

ytterligare en variant av det tidigare diskuterade re-entry fenomenet som uppstår under vissa 

förhållanden. 

AV knutan blockerar emellertid dessa signaler vilket betyder att kamrarna inte följer 

förmakets snabba rytm. Blockeringen kan dock vara oregelbunden vilket leder till att hjärtat 

till exempel kan slå långsammare än normalt följt av perioder med mycket snabb 

kammarfrekvens 23 . 

Diagnos kan ställas med hjälp av EKG. Ett typiskt utseende är en oregelbunden rytm utan 

föregående aktivitet från Sinusknutan 24 . Som kan ses i figur 2.6 saknas p-våg 

(förmakskontraktion) före varje QRS-komplex. Hjärtfrekvensen kan variera från långsam, 

normal till snabb rytm. 

Kammarens 

kontraktion kallas 

QRS-komplex i en 

EKG kurva 

Figur 2.6 Frånvaro av homogena p-vågor före varje QRS-komplex kan vara ett tecken på förmaksflimmer. 

(www.praktiskmedicin.se) 

2.2.4 Paroxysmalt förmaksflimmer 

Paroxysmalt förmaksflimmer 25 uppträder vanligen efter öppen hjärtkirurgi men en betydande 

del av befolkningen har även flimmersymtom preoperativt. Antalet dokumenterade fall är 

betydande trots att mörkertalet antas vara stort. Andelen med postoperativt förmaksflimmer 

varierar mellan 10 – 40 % beroende på ingreppets typ 26 . Uppkomsten av detta fenomen 

påverkar den läkande processen negativt. Det saknas idag mycket kunskap om orsaken till 

21 Att förstå förmaksflimmer, St.Jude Medical, 2003 

22 Tomczak et al, 2001 

23 Lindgren A, Jansson S, 1992 sid 146 

24 www.praktiskmedicin.se, 2004 

25 Förmaksflimmer som uppstår och försvinner spontant, se även ordlista, bilaga Y.10. 

26 Rapport från Socialstyrelsens kardiologiska expertgrupp, 1997, Paroxysmalt förmaksflimmer 

19

denna komplikation men undersökningar pekar på att ökande ålder är den viktigaste faktorn 

för uppkomst av postoperativt förmaksflimmer. 

2.2.5 Förmaksfladder 

Orsaken till förmaksfladder liknar den tidigare beskrivningen om förmaksflimmer. Fladder 

uppkommer på grund av extra internodala ledningsbanor inom förmaket. Signalvägarna är 

återkopplade vilket leder till att en signal från Sinusknutan återinträder och stimulerar 

förmaket till kontraktion. Depolariseringen sker här regelbundet med en ungefärlig hastighet 

av 250-300 slag per minut. Den snabba rytmen minskar förmakets pumpande bidrag och 

sänker därför hjärtats totala kapacitet. AV knutans barriär funktion hindrar ”fladder” att 

stimulera kamrarna. Blockeringen är oftast periodisk vilket gör att kammarfrekvensen blir 

regelbunden. Fladder kan därför särskiljas från flimmer på grund av den regelbundna 

rytmen 27 . 

Figur 2.7 a Förmaksfladder (Lindgren A, Jansson S, 1992 sid 146) 

Figur 2.7 b Förmaksflimmer. (Lindgren A, Jansson S, 1992 sid 146) 

2.3 Öppen hjärtkirurgi för behandling av förmaksflimmer 

Med tanke på de allvarliga komplikationer som är kopplade till förmaksflimmer är det i 

många fall nödvändigt att återställa sinusrytmen. Den vanligaste behandlingen av flimmer är 

genom antiarytmika. Nackdelen med medicinsk behandling är att denna enbart kan 


20

frekvensreglera förmaksflimmer. Andra behandlingsmetoder är kateterburen teknik där 

områden i hjärtat bränns bort kombinerat med efterföljande behandling av pacemaker 28 . 

En metod för behandling av förmaksflimmer är den så kallade Mazeoperationen. Tekniken 

utvecklades av James Cox i USA i slutet på 1980-talet. Denna teknik innebär att man med 

öppen hjärtkirurgi återställer sinusrytmen och förhindrar uppkomsten av förmaksflimmer. 

Flimmer orsakas som tidigare nämnts bland annat av återkopplade banor inom förmaket, reentry 

Takykardi. I Mazeoperationen skapas något som kan liknas vid en labyrint för signaler i 

förmaket. Uppgiften hos denna är att leda signaler från Sinusknutan ner till kammaren samt 

att förhindra att oönskade signaler stimulerar förmaket. Denna labyrint (eng. maze) skapas 

genom snitt i myokardiet – hjärtats muskelvävnad. Snitten utförs efter ett speciellt mönster 

baserat på James Cox ursprungliga metod. Hjärtmuskelvävnaden där snitten läggs läker och 

ärrvävnad bildas. Denna vävnad hindrar effektivt uppkomsten av återkopplade ledningsbanor 

inom förmaket 29 . 

Figur 2.8 visar hur mönstret för snitten i förmakets muskelvävnad kan se ut. De prickade 

linjerna visar snittens placering. Den tjocka breda pilen symboliserar den ”rätta” impulsens 

bana från Sinusknutan ner till AV knutan. Som kan ses i figuren nedan hindras ett antal 

felaktiga impulser (tunna pilar) att återinträda och stimulera förmaket. 

Figur2.8 En labyrint skapas för att hindra uppkomsten av återkopplade re-entry banor inom förmaket. 

(Referens: http://www.ctsnet.org) 

Försöken tyder på mycket goda resultat. Uppföljningar gjorda av James Cox visar att andelen 

med återställd sinusrytm efter operationen var i det närmaste 100 %. Huvuddelen av 

patienterna var utan antiarytmisk behandling (93 %) och hos resterande patienter kunde 

sinusrytmen återställas med hjälp av medicinering (7 %) 30 . 

Öppen hjärtkirurgi är naturligtvis en stor och komplicerad operation och kan därför ses som 

en attraktiv metod endast då andra behandlingsalternativ inte är möjliga. Mazetekniken är 

även en förstörande teknik där delar av hjärtat påverkas permanent vilket alltid innebär en viss 

risk. 


29 www.ctsnet.org 


21

2.4 Teknisk bakgrund 

Till skillnad mot andra hjärtarytmier är läkemedel det absolut vanligaste sättet att behandla 

förmaksarytmi. På grund av de många olika typerna av arytmier och den uppsjö av läkemedel 

som finns kräver en sådan behandling först en noggrann analys av patienten, av typen vilken 

sorts arytmi ska avhjälpas, på vilket sätt görs detta mest effektivt, vilka bieffekter kan 

förväntas och vilka är godtagbara för patienten 31 . Ofta hjälper bara läkemedel en kortare tid, 

flimmer återkommer i över hälften av alla fall och ny analys måste då göras för att på nytt 

kunna bestämma lämplig behandling. 

Alternativ behandlingsmetod till läkemedel är att på elektrisk väg avbryta ett felaktigt 

förmaksbeteende. Man har två alternativ, att ta över den spontana stimuleringen av förmaket 

(pacing), eller att chocka hjärtat, så kallad defibrillering, tillbaka till normal rytm. Vid arytmin 

förmaksflimmer är defibrillering eller så kallad ”overdrive pacing” vanligast, som går ut på att 

känna av förmakets spontana frekvens och sedan stimulera med en något snabbare rytm. 

Det finns en mängd olika elektroder för detektering och avhjälpande av förmaksarytmier på 

marknaden. Vanligast är de många olika typer av endokardiella elektroder som finns, som 

alltså ansluts till muskulaturen från hjärtats insida. Dagens inplanterbara pacemakers och 

defibrillatorer använder sig nästan uteslutande av dessa, som då förs in via vener och klaffar 

för att nå in i förmak och kammare. Problem med dessa elektroder är att de efter en tids 

användning kan vara svåra att få ut eftersom de hakat och växt fast i nätverket av trådar inuti 

hålrummen, och därför ofta måste lämnas kvar i kroppen. Detta är en nackdel om de ska 

användas vid tillfällig pacing-hjälp. 

Figur 2.9 Medtronics Streamline (monopolär) 32 

Det finns även flera olika epi- och myokardiella elektroder, som alltså anlägger mot hjärtats 

utsida. Dessa kan appliceras både via öppen bröstkorgskirurgi och via skonsammare 

titthålskirurgi. Nästan samtliga elektroder av detta slaget perforerar dock hjärtvävnaden på ett 

eller annat sätt, vid fästpunkter om de sys fast och/eller vid själva elektrodspetsen. 

Hjärtvävnaden är mycket tunn på förmaket och kan därför ta skada av att genomborras eller 

av att ett främmande föremål förs in. Blödningar kan uppstå och ofta ändras de elektriska 

31 Tamargo J et al, Pharmacological approaches in the treatment of atrial fibrillation, 2004 

32 http://www.medtronic.com/cardsurgery/products/lead_6500.html, 2004 

22

egenskaperna radikalt under de första dagarna efter en implantation, på grund av att 

läkeprocessen snabbt omformar vävnaden runt elektroden. Förmakets rörlighet försämras 

även om en stor patchelektrod fästs med flera fästpunkter med stor utbredningsyta. 

Figur 2.10 Två epikardieelektroder 33 

Postoperativt förmaksflimmer är vanligt efter öppen hjärtkirurgi. Det är den vanligaste 

hjärtarytmin och uppkommer hos 10-40 % av patienter som genomgått operation. Oftast 

uppkommer flimmer 2-3 dagar efter operation och kan vara mycket allvarligt för patienter 

med nedsatt hjärtfunktion. Epikardiella elektroder har visat sig mycket lämpliga vid en sådan 

situation. I en större studie med 70 patienter som genomgått öppen hjärtkirurgi, kunde 

temporära epikardiella elektroder framgångsrikt användas för diagnostisering och/eller 

behandling i inte mindre än 81 % av fallen 34 

Överlag har användandet av tillfälliga epikardiella elektroder vid diagnostisering och 

behandling av postoperativa arytmier visat sig vara mycket säkert. En skrift rapporterar om 

enbart 3 fall med tillstötande större problem vid användning på förmaket hos över 9000 

patienter, dessa problem hade alla att göra med komplikationer vid borttagandet av 

elektroderna. Lätta blödningar är vanliga vid borttagandet, men mycket sällan är den så 

kraftig att den kräver behandling 35 . 

Det finns andra typer av elektroder under utveckling. Överläkare Jan van der Linden på 

Huddinge Sjukhus har tagit fram en temporär elektrod som kläms fast på epikardiet, utan att 

nämnvärt skada vävnaden. Elektroden har visat sig ha fördelar men även vissa nackdelar, så 

vidare utveckling är nödvändig. 

Utöver läkemedel och elektrisk behandling kan även kirurgiska ingrepp användas för att 

avhjälpa förmaksarytmier. Ett ingrepp som visat sig fungera relativt bra är den så kallade 

Cox-maze operationen (se föregående kapitel). 

2.4.1 Pacemakerteknologi 

Den första inplanterbara pacemakern innehöll bara två transistorer, medan världens idag 

minsta pacemaker, Microny från St Jude Medical, innehåller ca 200 000 transistorfunktioner. 

På samma sätt har pacemakerns funktion utvecklats. Förutom att kunna avge 

stimulationspulser har en modern pacemaker flera andra uppgifter, såsom avkänning av 

spontan hjärtverksamhet, telemetrikommunikation med omvärlden, lagring av EKG och 

driftstatistik och omprogrammerbarhet. Precis som annan teknik runt omkring oss så har 

storleken på pacemakern minskat samtidigt som funktionaliteten ökat, Microny väger inte mer 

33 Pacemakern och hjärtat, s 168 

34 Waldo AL, MacLean WAH, Cooper TB et al, 1978. 

35 Waldo AL, Henthorne RW, 1980. 

23

än en femkrona. Elektroniken byggs i lågvolts CMOS-teknik, där miniatyrisering, 

strömförbrukning och tillförlitlighet är viktiga aspekter 36 . 

Figur 2.11 Schematisk bild av enkel pacemaker 

Enkelt beskrivet fungerar en pacemaker på följande sätt (se figur 2.11): Pulsenheten laddar en 

kondensator till en förbestämd spänning. Vid signal från kontrollenheten bryter sensorenheten 

sin kontakt med hjärtelektroden, samtidigt som pulsenheten släpper kondensatorns laddning, 

den ger en puls till hjärtat. Att sensorenheten bryter kontakten medan urladdning sker beror på 

att de signaler denna detekterar ligger på en avsevärt mycket lägre spänningsnivå än den puls 

som skickas till hjärtat, pulsen skulle kunna skada sensorelektroniken eller få enheten att 

skicka felaktiga data. Den tid sensorenheten är avstängd kallas på engelska ”blanking 

period” 37 . 

Figur 2.12 Enkel pulsenhet och schematisk bild av sensorenhet 

36 Håkan Elmqvist, Maj 2002, Pacemakerteknik – ett kortfattat kompendium. 

37 Sanjeev Saksena & Nora Goldschlager, 1990, Electrical therapy for cardiac arrhythmias 

24

3. Design av elektroder och dess anslutningssystem 

Två olika elektrodhuvud har tagits fram, ett monopolärt och ett bipolärt. Detta för att kunna 

undersöka om en elektrod kan innehålla både anod och katod eller om det krävs en längre 

sträcka i epikardiet där strömmen färdas. Målet med de monopolära elektroderna är att de 

skall vara mindre samt ha en smidigare ledare. Fördelen med de bipolära är att man får ett mer 

koncentrerad spänningsfält på epikardiet och man vet mer precis vilket område på förmaket 

som stimuleras. 

3.1 Elektroddesign 

3.1.1 Elektrodhuvud 

Anoden på båda elektrodhuvudena utgörs av en rundstav av rostfritt stål (SS-2346) med en 

diameter på tre millimeter. Att denna yta valts som stimulationsyta baseras på de tester om 

restpolarisation som vi utfört. Se kapitel 8.1. Alla metalldelar som är i kontakt med hjärtat är 

tillverkade av rostfritt stål (SS-2346) för att under kortare tider vara biokompatibla med 

epikardiet. 

Båda elektrodhuvudena har en fri yta på cirka tjugoen kvadratmillimeter som utgör den del 

där undertrycket mot epikardiet byggs upp. Empiriska försök har visat att det är ungefär den 

yta som krävs och därför kan inte elektrodhuvudena få mycket mindre ytterdiameter än sju 

millimeter. Slangen som används för att skapa det undertryck som fäster elektrodhuvudet mot 

epikardiet har en ytterdiameter på tre millimeter för att kunna motstå det undertryck som 

krävs och innehålla ledarna samt suga bort eventuell vätska från epikardiet. Därmed kan 

elektrodhuvudena inte göras mycket lägre än mellan fyra och en halv och fem millimeter. 

Bipolära elektrodhuvud 

Det bipolära elektrodhuvudet bygger på att hela höljet till elektrodhuvudet är en del av 

katoden som isoleras från anoden i mitten genom en platta av plexiglas. Delarna monteras 

ihop med Epoxy tvåkomponentslim från Loctite AB. 38 Lödningarna som sätter anoden och 

katoden i kontakt med ledarna görs med hjälp av lödtenn från Multicore av modellen Crystal 

som består av 60 % tenn och 40 % bly. 39 

Figur 3.1 Designförslag och slutgiltig version av bipolärt elektrodhuvud. 

38 http://www.loctite.se/pdf/Epoxy_swe.pdf , hämtat 2004-03-22 

39 http://www.elfa.se/elfa/produkter/se/2016187.htm , hämtat 2004-03-22 

25

Att dessa båda detaljer inte är biokompatibla löses genom att allt utom kontaktytorna lackas 

med biokompatibelt klarlack när monteringen är färdig. Detta gör även att strömmen tvingas 

gå via epikardiet även om elektrodhuvudet vid stimulering skulle vara fyllt av vätska samt att 

ytterdelen av höljet inte blir elektriskt ledande. I den första prototypen löstes problemet med 

det ledande höljet genom att tillverka höljet helt i plexiglas och sedan lägga anoden som en 

ring på höljets insida. Detta ledde dock till att elektrodhuvudet blev två millimeter större i 

diameter, samt att en ficka bildades mellan plexiglaset och katoden, vilket skulle kunna leda 

till problem med de hygieniska kraven. Därför togs i stället modellen med höljet och anoden i 

samma rostfria bit fram. 

Monopolära elektrodhuvud 

Det monopolära elektrodhuvudet är i huvudsak uppbyggt av plexiglas som skapar det 

utrymme där undertrycket byggs upp. I mitten är en kontaktpunkt av rostfritt stål (även här 

SS-2346) placerad. Kontaktpunkten kan användas som antingen anod eller katod beroende på 

hur den monopolära elektroden placeras på förmaket och hur man vill att strömmen skall gå 

genom förmaket. Detta elektrodhuvud kan göras aningen lägre än det bipolära eftersom ingen 

isolering i botten av kontaktpunkten behövs. Å andra sidan kräver slangens infästning en hel 

del material på höjden vilket leder till att skillnaden inte blir särskilt stor. Fördelen med det 

monopolära elektrodhuvudet är att det är lättare att tillverka eftersom plexiglas är lättare att 

arbeta med och färre antal delar behövs. Detta leder till att de monopolära elektroderna blir 

enklare att tillverka, billigare och ledaren blir smidigare eftersom endast en kabel behöver 

dras i silikonslangen. 

Figur 3.2 Designförslag och slutgiltig version av monopolärt elektrodhuvud. 

26

3.1.2 Ledare 

Som ledare mellan elektrodhuvudet och kontakten används kopparkabel som är 0.20 mm i 

diameter och lackad med modifierad polyuretanlack. 40 Detta gör att ledaren blir smidig och 

lacken bidrar till att de två kablarna blir isolerade från varandra samt att utrustningen kan 

steriliseras på ett tillfredställande sätt. Kablarna dras sedan i en silikonslang som har en 

ytterdiameter på 3.0 mm och en innerdiameter på 1.5 mm. Denna slang har vi funnit optimal 

med tanke på smidighet, förmåga att klara av undertryck samt att kunna suga bort blod och 

vätska från elektrodhuvudet. Tidigare användning av silikon som material inom 

pacemakerteknologi visar att detta material är väl beprövat och biokompatibelt. 41 Den slutliga 

längden på ledaren uppgår till totalt en och en halv meter 42 där de sista tio centimetrarna 

skiljer de elektriska ledarna från vakuumsystemet i en Y-förgrening. Vakuumsystemet 

kopplas in med hjälp av ett system av Luer-kopplingar, som är standard inom sjukvården. 

3.1.3 Kontakt 

Som kontakt från ledaren används standardiserade 2-poliga 1.5 millimeters stereokontakter. 

Dessa är billiga, lätta att montera och klarar väl av att leverera de spänningar vi önskar i båda 

riktningarna. När kontakten monteras ihop med ett bipolärt elektrodhuvud skall kontaktytan i 

bakre delen av kontakten lödas ihop med anoden (mittendelen) och spetsen på kontakten med 

katoden (ringytan). Idéer på att ha både vakuumsystemet och det elektriska systemet i en och 

samma kontakt har funnits, men någon lösning på den idén har ännu ej tagits fram. 

Figur3.3. Kontakten till elektroniken. 

Figur3.4. Hela elektroden sammansatt. 

40 Enligt information från ELFAs tekniska informationsavdelning. 

41 Design of cardiac pacemakers, kap. 6, s. 156 

42 Enligt önskemål från Docent Jan van der Linden 

27

3.2 Design av vakuumsystem och panel 

För att utrustningen skall kunna användas på ett enkelt sätt i operationssalen krävs en smidig 

och lättanvänd uppbyggnad som samtidigt är pålitlig. Ett sätt att lösa placering och 

användandet av MultiPace ansågs vara att placera systemet på en fristående vagn och sätta 

fast en lamparm med elektrodernas anslutningspanel på. På så sätt kan elektrodernas ledare 

göras kortare och kirurgen kan flytta på panelen på ett enkelt sätt. Dock uppfanns inte denna 

lösning förrän efter det att elektroderna tillverkats vilket leder till att de levererade 

elektroderna är längre än vad de behöver vara, vilket det bör tas hänsyn till vid vidare 

tillverkning. Lämplig längd bör av steriliseringstekniska skäl vara mellan 75 och 100 

centimeter. 

3.2.1 Vakuumsystemet 

Det vakuumsystem som används för att fästa elektroderna vid epikardiet bygger på en enkel 

vakuumpump som levererar ett undertryck på 0.3bar vilket via en vätskeavskiljare och ett 

slangsystem inne i anslutningspanelen fördelas på de elektroder som kirurgen önskar använda. 

Pump Vätskeavskiljare Elektrodernas 

anslutningspanel Elektrod 

Figur 3.5 Vakuumsystemets uppbyggnad. 

3.2.2 Elektrodernas anslutningspanel 

Den panel där elektroderna ansluts byggs upp på en låda av två millimeters aluminiumplåt 

som förses med tretton elektriska och tretton vakuumanslutningar på fronten. Tolv av dessa 

kan användas för upp till tolv elektroder och den trettonde är till för den gemensamma jord 

som systemet kräver. För att vakuumsystemet inte skall suga luft i de anslutningar som inte 

används krävs det att dessa stängs av med Luer-Lock detaljer. På baksidan finns anslutningar 

för slangen som kommer från vätskeavskiljaren samt en 25-polig D-sub för anslutning av den 

25-poliga datakabel som kommer från kretskortslådan. Även ett fäste för armen som håller 

uppe panelen finns fäst på baksidan. 

Figur 3.6 Elektrodernas anslutningspanel sedd underifrån. 

28 

12 st

4. Elektronik 

Figur 4.1 Den färdiga elektroniken 

4.1 Förutsättningar 

Elektronikkonstruktionen gjordes utefter ett antal förutsättningar där vissa var kända innan 

arbetet påbörjades och andra uppkom under konstruktionens gång. Känt i förväg var bland 

annat vad uppdragsgivaren ville att utrustningen skulle klara av. 

Utrustningen ska: 

• kunna ha upp till tolv elektroder 

• kontrolleras från en extern PC 

• sända data om förmakets beteende till en extern PC 

• bygga på processorerna Siemens C504 (valfri frekvens) och Siemens 

C165 (20 MHz) då dessa och deras utvecklingsverktyg redan fanns 

inköpta 

Utrustningen skulle alltså fungera som en flerkanalig pacemaker. Djurförsök gav vilken input 

pacemakern får från elektroderna. Insignalens utseende kan ses i kapitel 8.2, där framgår att: 

• maximal amplitud är ungefär ± 20 mV 

• viktigt frekvensinnehåll är ungefär 30 Hz till 200 Hz 

Någon exakt budget för projektet fastställdes inte utan kostnaderna skulle hållas så låga som 

möjligt och större utgifter skulle diskuteras när de blev aktuella. 

Förstudierna visade vilka krav som ställs på medicinteknisk utrustning av den här typen för att 

den ska få användas vid patientförsök. Standarden IEC-601-1 innehåller många särfall och ger 

olika förutsättningar beroende på exakt hur slutkonstruktionen kommer att se ut och hur 

apparaten används. Dock har riktlinjen under konstruktionen varit att delar som ska appliceras 

29

på patienten ska vara galvaniskt helt avskiljda från övrig elektronik och omvärlden, där 

gränssnittet ska uppfylla följande krav: 

• överslagsspänningen ska ligga över 1500 V 

• applicerad elektronik omges av en minst 2,5 mm bred luftspalt mot yttre 

elektronik och omvärld 

• applicerad elektronik omges av en minst 4 mm bred krypspalt mot yttre 

elektronik och omvärld (innebär att till exempel exponerade banor på ett 

kretskort som ska vara galvaniskt skiljda måste ha minst 4 mm 

isolerande yta mellan varandra) 

4 mm 

Figur 4.2 Efterföljda krav i IEC-601-1 

Under arbetets gång framkom även en mängd saker som gav nya förutsättningar för 

konstruktionsarbetet, såsom begränsningar hos komponenter eller skillnader i standarder och 

protokoll. Till exempel var det först tänkt att en processor skulle sköta allt beräkningsarbete 

och kommunicera med en extern PC. Detta visade sig senare inte fungera på grund av 

inkompatibilitet mellan kommunikationsprotokoll, ytterligare en processor behövdes för att 

sköta PC-kommunikationen. 

30 

1500 V 

2,5 mm

4.2 Design av elektroniken 

4.2.1 System 

Utrustningen designas som en pacemaker. Den ska ha upp till tolv elektroder som alla ska 

vara galvaniskt avskiljda från övrig elektronik och omvärlden. Varje elektrod ger en insignal 

som ska förstärkas, filtreras och AD-omvandlas för att kunna presenteras för en beslutande 

processor, masterprocessorn. AD-omvandlingen och kommunikationen med mastern sköts av 

en slavprocessor, en per elektrod. Att varje slavprocessor bara kontrollerar en enda elektrod 

har flera orsaker, bland annat att en fallerande processor i så fall bara betyder bortfall av en 

elektrod, att alla elektroder då även kan vara helt galvaniskt skiljda från varandra och inte 

skapa några jordslingor tillsammans med förmakets epikardie samt att en lossnad elektrod inte 

riskerar att påverka de andra elektrodernas funktion och jordnivå. Masterprocessorn ska styras 

och sända data till en extern PC. En schematisk bild av systemet ser då ut så här. 

Till PC 

Master CPU 

Kommunikationsbuss 

Figur 4.3 Första systemskiss 

Elektroniken kring slavprocessorn (filtrering, förstärkning, kommunikation, 

spänningsmatning etc.) monteras på ett kretskort tillsammans med processorn. Tillsammans 

bildar de ett slavkort och systemet kommer alltså att bestå av totalt tolv slavkort. 

31 

Slav 

CPU 


CPU 


CPU 


CPU 

Till elektroder

4.2.2 Delsystem – kommunikation 

Varje slav AD-omvandlar en insignal med högsta frekvensinnehållet 200 Hz, så för att 

mastern med säkerhet ska kunna detektera denna frekvens sänds uppdaterad AD-data tusen 

gånger i sekunden. Tolv slavar som sänder två byte data tusen gånger per sekund ger lägsta 

överföringshastigheten 12 × 2 × 8× 

1000 = 192000 bit/s, så för att ha god marginal på 

kommunikationsbussen och eftersom den stöds av både mastern och slaven har hastigheten 

valts till 560 kbit/s. För att kommunicera över gränssnittet mellan yttre och inre elektronik och 

klara kravet på 1500 V överslagsskydd används optokopplare, som finns i flera olika 

utföranden och klarar höga överföringshastigheter. Kommunikationen sker över en parallell 

buss med två ledare där masterns TxD når alla slavars RxD, och masterns RxD når allas TxD. 

Det betyder att varje slavkort behöver två optokopplare, totalt tjugofyra stycken. 

Till PC 

Master CPU 

Galvaniskt gränssnitt 

Figur 4.4 Slavkorten har fått optokopplare över kommunikationsgränssnittet 

4.2.3 Delsystem – detektering 

Signalen från elektroden som når slavkortet har en amplitud av storleksordningen 10 mV, 

medan slavprocessorns AD-omvandlare har 10 bitars upplösning och omfånget 5 V. Detta ger 

upplösningen 5 2 5 1024 4, 

9 

10 

= ≈ mV. Signalen måste alltså förstärkas flera hundra gånger 

för att AD-omvandlarens hela omfång ska användas. Den svaga epikardiesignalen når 

slavkortet via elektrodens nästan en meter långa kablar där flera störningar kommer fångas 

upp. De kraftigaste störningarna kommer att ligga runt 50 Hz men så länge elektrodernas 

kablar hålls samlade kommer dessa störningar vara av typen ”Common Mode”, där anoden 

och katoden svänger i fas med samma amplitud. Denna störning neutraliseras genom att hålla 

katoden som referensjord och enbart mäta differensen mellan anod och katod. Övriga 

störningar som inte uppträder som Common Mode såsom högfrekvent odefinierat brus och 

lågfrekventa transienter måste dock filtreras bort. Viktigast av dessa är restpolarisationen som 

bildas i hjärtvävnaden efter en stimuleringspuls. Denna avklingar ungefär enligt 2 -30t 

(empiriskt från oscilloskop, se även kapitel 8.1), och kan därför anses försumbar först efter 

32 

O 

P 

T 

O 

O 

P 

T 

O 

O 

P 

T 

O 

Slavkort 




CPU 


CPU 


CPU 

Till elektroder

drygt 250ms. Det är önskvärt att se verkan av en puls redan efter 50 - 100 ms, och eftersom 

frekvensinnehållet i transienten ligger i trakterna mellan 1 - 20 Hz måste denna dämpas 

kraftigt. Till sist måste den behandlade signalen lyftas 2,5 V eftersom elektrodsignalen kan ha 

både positivt och negativt utslag, men AD-omvandlaren kräver en input i intervallet 0 - 5 V. 

Man kan bygga enkla och billiga men effektiva förstärkare och filter med hjälp av 

operationsförstärkare (op-förstärkare). Dessa har oftast hög impedans på ingångarna vilket är 

ett måste eftersom signalen från elektroden kommer vara mycket svag och inte orkar driva en 

lågimpedansingång. Dessutom kommer inte op-förstärkaren ändra utseendet på den 

stimuleringspuls som förmaket ska ges via samma elektrod. Det finns op-förstärkare med så 

kallade Rail-to-Rail-egenskaper, vilket innebär att op-förstärkaren kan ge en utsignal som 

ligger mycket nära matningsspänningen. Detta kan användas för att skydda AD-omvandlaren 

mot överspänningar genom att förstärkaren sitter som sista steg innan omvandlaren matas 

med omvandlarens referensspänning, 0 V och 5 V. 

4.2.4 Delsystem – stimulering 

Varje elektrod ska kunna leverera en stimuleringspuls till epikardiet. Masterprocessorn 

bestämmer när pulsen ska komma, samt hur lång och hur kraftig den ska vara. Längden på 

pulsen regleras lättast genom att låta slavprocessorn räkna tiden och ha en utpinne som styr en 

stimuleringskrets. Kretsen ger spänning till hjärtat när pinnen går hög och avbryter när pinnen 

går låg. För att kunna variera spänningen i pulsen används slavprocessorns PWM-utgång 

(Pulse Width Modulator). Utgången levererar kontinuerligt en fyrkantsvåg med fast frekvens 

men varierbar dutycycle. Fyrkantsvågen filtreras sedan kraftigt över en enkel RC-krets och 

den i stort sett jämna spänning som fås kan ladda kondensatorer till nästa stimulering. Det är 

önskvärt att kunna stimulera med spänningar upp till 10 V och eftersom en filtrerad PWMsignal 

med 100 % dutycycle ger 5 V laddningsspänning måste två kondensatorer användas. 

Deras spänningar adderas sedan vid stimulering för att få önskvärd pulsstyrka. 

Eftersom spänningen byggs upp i kondensatorer kommer inte pulsstyrkan vara konstant under 

hela stimuleringspulsen, den kommer att falla mer med längre puls. Genom att välja 

tillräckligt stora kondensatorer kan dock detta spänningsfall anses försumbart. De bör klara att 

hålla 5 V var och leverera 3 mA under max 5 ms, vilket ger en kondensator av 

−3 

−3 

storleksordningen ( 3× 

10 × 5× 

10 ) 5 = 3 µF. Denna uträkning bortser dock från att 

spänningen faller i kondensatorerna, därför bör de väljas med kapacitansen > 30 µF. 

4.2.5 Delsystem – spänningsmatning 

Gränssnittet mellan slavkorten och omgivningen kräver även att spänningsmatningen till 

korten sker ”trådlöst”. Det finns gott om spänningsomvandlare på marknaden som gör detta 

och de kallas spänningsomvandlare för att de även kan ge högre och inverterade spänningar 

än vad de matas med. Eftersom signalen från epikardiet är omväxlande positiv och negativ 

måste vissa op-förstärkare som används matas med ± 5 V för att inte tappa bort den negativa 

delen av signalen. Därför behövs en spänningsomvandlare som ger utspänningen + 5 V och – 

5 V, såväl som referensjord, 0 V. Ett annat krav som finns på slavkortens spänningsmatning 

är upprampningsutseendet vid uppstart. Slavprocessorn behöver en relativt snabb 

spänningsstigning, helst en jämn kurva från 0 V till 5 V på < 100 µs, för att man ska kunna 

vara säker på att den har startat korrekt. Spänningsomvandlare bör klara detta om de i sin tur 

får ett tillräckligt snabbt inspänningstillslag. 

33

4.2.6 Delsystem – elektrodkonfigurering 

Pacemakern ska kunna användas med tre olika elektrodkonfigurationer, de kallas här mono-, 

bi- och tripolära elektroder. Det som skiljer dessa åt är: 

• Monopolär: Detektering och stimulering sker med två monopolära 

elektroder, där den ena är anod och den andra är katod/gemensam jord 

för alla elektroder. 

• Bipolär: Detektering och stimulering sker med en bipolär elektrod, där 

centrum är anod och höljet är katod. 

• Tripolär: Detektering och stimulering sker med en bipolär elektrod och 

en monopolär elektrod. Detektering sker mellan den bipoläras hölje 

(anod) och den monopolära (katod/gemensam jord). Stimulering sker 

mellan den bipoläras centrum (anod) och den monopolära 

(katod/gemensam jord). 

Monopolär användning Bipolär användning Tripolär användning 

Detektering 

Stimulering 

Gemensam 

jord 

Detektering 

Stimulering 

Figur 4.5 De olika elektrodanvändningarna 

För att elektroniken ska stödja användning av alla tre varianterna behövs någon form av 

strömställare eller omkopplare för konfigurering. Att detta behövs förstår man lätt till exempel 

eftersom alla elektroder har gemensam sammankopplad jordnivå vid monopolär och tripolär 

användning, men skiljd vid bipolär, eller att detekteringskrets och stimuleringskrets använder 

samma anod vid monopolär och bipolär användning, men är separerade vid tripolär. Vidare 

kan det vara bra att vara säker på att alla slavkort är konfigurerade på samma sätt för att inga 

missförstånd ska uppkomma. 

34 

Detektering 

Stimulering 

Gemensam 

jord

Till PC Slavkort Till 

Master CPU 

elektroder 

Figur 4.6 Systemet med slavkortens alla delsystem 

4.2.7 Delsystem – moderkort 

Moderkortet ska inte bära någon intelligens utan bara ha några enkla funktioner. Kortet ska 

fungera som bärare av slavkorten, leda slavkortens elektrodanslutning till en yttre kontakt, 

utgöra kommunikationsbuss mellan slavkorten och mastern samt förse alltihop med spänning 

via en ON/OFF-knapp. Mastern kommer att användas i sitt utvecklingsutförande monterad på 

en mikromodul från Phytec (microMODUL-165) tillsammans med sitt utvecklingskort. Hela 

denna modul kräver 9 V inspänning och eftersom hela pacemakern ska matas från 

moderkortet kommer även detta och därmed hela pacemakern att matas med 9 V från en yttre 

spänningskälla. 

Till PC 

Master 

CPU 

Spänningsmatning 

Moderkort 

Figur 4.7 Principskiss av moderkortet 

35 

O 

P 

T 

O 

O 

P 

T 

O 

Spänningsmatning 

Spännings- 

matning 


CPU 


CPU 




Konfig. 

Konfig. 

Förstärkning + 

Filtrering 

Stimulering 

Förstärkning + 

Filtrering 

Stimulering 


Galvaniskt gränssnitt Till elektroder

4.3 Konstruktion 

Kompletta elektronikritningar på moderkort och slavkort återfinns i bilaga Y.8. 

Figur 4.8 Moderkortet, slutresultat 

Figur 4.9 Slavkortet, slutresultat 

4.3.1 System 

Masterprocessorn kommunicerar med slavarna via ett seriellt gränssnitt med TTL-nivåer: 

”0” = hög = 5 V 

”1” = låg = 0 V 

När mastern flashas för att byta mjukvara kommunicerar den på samma port över samma 

gränssnitt fast med RS232-nivåer: 

”0” = hög = 8 V 

”1” = låg = - 8 V 

36

Vilka nivåer som används bestäms av lödbyglar på microMODUL-165s ovansida, den är 

fabriksinställd på RS232-nivåer. För att kunna växla mellan TTL och RS232 har 

microMODUL-165 modifierats så att nivåerna bestäms av vanliga jumpers. 

Figur 4.10 Modifierad microMODUL-165 

Sent under utvecklingsarbetet visade det sig att en C165-processor inte klarar av att både 

kommunicera med slavprocessorerna och en extern PC, på grund av olika 

kommunikationsgränssnitt. Därför valdes att införa ytterligare en C165 som bara fungerar 

som relästation mellan masterprocessor och PC. Denna extra C165 kallas därför för slav165. 

För att det ska vara möjligt att byta mjukvara i master165 och slav165 har deras respektive 

COM-portar dragits ut till pacemakerns omslutande låda. Slav165ans COM-port är även 

anslutning till PCn när pacemakern används. 

Kabelanslutning 

till elektrodpanelen 

37 

PC-anslutning 

+ 

COM-port slav165 

COM-port master165 

Spänningmatning 9 V

Figur 4.11 Pacemakerns externa anslutningar 

Pacemakerns funktion visualiseras på lådans utsida genom ON/OFF-knappen lyser med grönt 

sken vid tillslagen spänning, samt att varje slavkort har tre lysdioder. Två av dessa, gul och 

grön, styrs direkt av slavprocessorns pinnar 40 och 41, som sänker strömmen 1 mA genom 

dioderna vid sken. Grön diod indikerar att slavkortet AD-omvandlar och sänder värden till 

mastern, gul diod indikerar passivt/avstängt slavkort. Den tredje lysdioden lyser med rött sken 

när en stimuleringspuls sänds iväg men eftersom pulsen är mellan 0,1 – 1,5 ms lång kommer 

detta sken uppfattas som ett kort blinkande. Denna diod drivs via stimuleringskretsen och 

beskrivs i kapitel 4.3.4. 

Figur 4.12 Slavkortets lysdioder 

4.3.2 Delsystem – kommunikation 

Kommunikationsbussen är en parallell buss med två ledare, master TxD (master transmit) och 

master RxD (master receive). Kommunikationen har konstruerats så att bussen är inverterad, 

alltså ligger låg när ingen kommunikation sker (”0” = låg = 0 V, ”1” = hög = 5 V). Den 

optokopplare som valts för att sköta kommunikationen (6N137 från Agilent Technologies) har 

en utpinne som saknar drivförmåga utan bara kan sänka strömmar. Den har även en 

inverterande funktion, utpinnen går alltså låg när inpinnen går hög. När slavkortet sänder ut 

på bussen (slavkorten sänder på master RxD) drivs optokopplarens (OPTO1) inpinne av en 

transistor styrd av slavprocessorns TxD-pinne (pinne 7). Sedan styr optokopplarens utpinne 

en transistor som driver bussen. Eftersom det på varje slavkort sitter en transistor som sista 

komponent mot bussen stör inte korten varandras kommunikation genom läckströmmar eller 

liknande. Åt andra hållet, när mastern sänder på master TxD, driver bussen en transistor på 

varje slavkort som i sin tur driver optokopplarens (OPTO2) inpinne. Optokopplarens utpinne 

går i det här fallet bara rakt in till slavprocessorns RxD-pinne (pinne 5), eftersom denna är 

hög-ohmig och inte behöver någon inström. 

38

Figur 4.13 Slavkortets kommunikationskrets 

Eftersom kommunikationen på bussen är inverterad måste den vändas rätt innan 

masterprocessorn. Detta görs med en vanlig logisk NAND-krets (SN7400N från Texas 

Instruments). Kretsen är stark och kan styra alla slavkortens transistorer parallellt. Den har 

även en annan funktion, nämligen som skyddskrets när mastern flashas om. När detta görs 

kommunicerar mastern med RS232 signalnivåer, alltså ± 8 V. Dessa spänningar skulle kunna 

skada slavkortens elektronik, men eftersom NAND-kretsen sitter emellan och klarar dessa 

spänningar utan att skadas kan mastern flashas om utan att koppla loss den från systemet. 

4.3.3 Delsystem – detektering 

Behandling av signalen från elektroden sker i flera steg mellan slavkortets elektrodanslutning 

och processorns AD-omvandlare. Signalen når först ett enkelt högpasserande RC-filter med 

gränsfrekvensen fG ≈ 10 Hz. Detta har två uppgifter, att dämpa lågfrekventa transienter och att 

skydda kretsen mot den höga spänning som stimuleringspulsen genererar, eftersom 

detektering och stimulering i den mono- och bipolära konfigurationen sker över samma ledare 

i elektroden. I nästa steg förstärks signalen ca 20 gånger genom att passera första opförstärkaren 

i komponenten LF347N från National Semiconductors. Här följer ytterligare en 

högpasserande RC-länk som leder till ett andra ordningens högpassfilter byggt på andra opförstärkaren 

i LF347N. Dessa tre filtreringar har alla fG ≈ 10 Hz och efter dem är transienten 

som följer en stimuleringspuls så pass dämpad att korrekt detektering kan göras efter max 80 

ms. 

Figur 4.14 Slavkortets förstärkar- och filtreringskrets 

39

Dock ligger fortfarande högfrekventa störningar kvar, de tas bort i nästa steg då signalen 

passerar en lågpasserande RC-länk med gränsfrekvensen fG ≈ 500 Hz. Härefter följer en 

varierbar förstärkning över tredje op-förstärkaren i LF347N. Förstärkningen justeras med 

hjälp av trimpotentiometern P1 och kan varieras mellan noll och femtio gånger. Tillsammans 

med den första förstärkningen kan alltså insignalen förstärkas 20 till 1000 gånger. 

Sista komponenten i kedjan är en annan op-förstärkare, TS921N från ST Microelectronics. 

Dess Rail-to-Rail-egenskaper gör att den kan användas som skyddskrets för AD-omvandlaren. 

Genom att mata den med AD-omvandlarens referensspänningar 0 V (pinne 39) och 5 V 

(pinne 38) kan utsignalen gå nära, cirka 100mV ifrån, men inte utanför dessa gränser. Opförstärkaren 

används dessutom för att lyfta signalens nollnivå från 0 V till ca 2,5 V genom att 

den kopplats som en spänningsadderare och lägger ihop signalen och spänningen från en 

zenerdiodkoppling. Efter detta sista steg når signalen slavprocessorns AD-omvandlare på 

pinne 43. 

4.3.4 Delsystem – stimulering 

Stimuleringskretsen laddas av processorns filtrerade PWM-signal och laddningen släpps när 

processorns pinne 42 (STIM) går hög. Under utvecklingsarbetet upptäcktes dock att vid reset 

av processorn går flera pinnar höga under ett kort tidsintervall, vilket skulle kunna orsaka att 

en stimuleringspuls sänds iväg av misstag. För att undvika detta används ytterligare en pinne 

från processorn, pinne 44 ( STIM ), som måste gå låg innan STIM går hög för att pulsen ska 

gå iväg. Så länge STIM är hög hålls STIM låg via en transistor T5, och oavsiktlig stimulering 

är omöjlig. 

När en stimulering görs och STIM tillåts gå hög används den till två saker. Dels styr den två 

transistorer T4 och T6 som släpper laddningen i de båda laddade kondensatorerna, dels tänder 

den en röd lysdiod för att indikera stimulering. 

Figur 4.15 Stimuleringskretsen med röd lysdiod på slavkortet 

40

4.3.5 Delsystem – spänningsmatning 

Nödvändiga spänningsnivåer på slavkortet är – 5 V, 0 V och + 5 V, dessa ges av 

spänningsomvandlaren TMA0505D från TRACO som själv matas med 0 V och 5 V från 

moderkortet. På slavkortet skiljs analoga och digitala komponenter åt så mycket som möjligt, 

både fysiskt och genom att deras spänningsmatning följer så skiljda vägar som möjligt på 

kortet. Digitala komponenter har samlats på kortets vänstra sida medan de analoga ligger 

längs högra sidan och överkanten. Även jord delas upp i två grenar direkt vid 

spänningsomvandlaren, och följer extra breda ledare för att inte påverkas allt för mycket av 

rippel och spikar som komponenterna sänder ut bakåt. Optokopplarna, processorn och 

spänningsomvandlaren har alla försetts med avkopplingskondensatorer för att minimera deras 

störande inverkan på systemet. 

Slavkorten förbrukar drygt 100 mA styck vid full användning. Tillsammans med master165 

och slav165 drar pacemakern nära 2 A. För att slavprocessorerna ska få tillräckligt snabbt 

spänningstillslag och tillräckligt med ström i starten användes först ett relä på moderkortet 

som strömställare. Kondensatorn C3 på moderkortet laddades upp innan reläet slöt kretsen 

och slavkorten spänningssattes, på så sätt blev upprampningen från 0 V till 5 V nästan 

momentan även om alla tolv slavkort användes. Dock visade det sig under inkörning av 

systemet att reläet inte klarade den höga strömmen och började glappa. Det visade sig även att 

slavkorten startade bra även utan relä-funktionen, därför har reläet tagits bort och ersatts med 

en enkel kopparledare. 

För att slavprocessorn ska fungera korrekt krävs att ett antal pinnar binds till låg eller hög nivå 

(0 eller 5 V). Dessa pinnar är pinne 6 (CTRAP , låg) och pinne 29 ( EA , hög). Dessutom har 

processorn en reset-pinne 4, som hålls till jord via ett 10 kΩ motstånd. Det visade sig under 

testkörning av slavkorten att det snabba spänningstillslaget inte garanterade en korrekt 

uppstart av slavprocessorerna. Därför har en 100 nF kondensator satts mellan 5 V och 

processorns RESET. Under den korta tid efter tillslag som den laddas upp till full spänning 

hålls RESET upp från jord, och processorn startas alltid med en reset. 

4.2.6 Delsystem – elektrodkonfigurering 

Enklaste sättet att konfigurera varje slavkort individuellt är att flytta ett antal jumpers. 

Visserligen är detta inte ett snabbt och lätt sätt att byta konfigurering, men å andra sidan 

minskar risken för omställningar av misstag genom att man stöter emot en strömställare eller 

liknande, eller att ett avvikande slavkort inte upptäcks eftersom en liten omkopplare knappt 

syns. Jumpers är stora och tydliga. Varje slavkort kan konfigureras på tre olika sätt, se figur 

4.16. 

41

Monopolär användning 

Bipolär användning 

Figur 4.16 Slavkortens konfigurering 

42 

Tripolär användning 

4.3.7 Delsystem – moderkort 

Moderkortet bär all kringelektronik som behövs för att köra pacemakern. Spänning från en 

extern 9 V batterieliminator leds in på kortet till kontakt S1. Därifrån fördelas den via en 

kraftig strömbrytare ansluten vid SW1 vidare till master165 (K1), slav165 (K2) och en 

spänningsregulator som minskar spänningen till 5 V för slavkorten. Strömbrytaren är 

systemets huvudströmbrytare och när den sluts tänds dels en lampa i strömbrytaren som syns 

utåt men även en grön lysdiod direkt på moderkortet för att indikera att kortet är 

spänningssatt. För att det ska vara möjligt att byta mjukvara i de båda C165-processorerna 

utan att plocka isär någon elektronik kan även bara de spänningssättas. Detta görs genom att 

slå till strömbrytaren SW2, som då även tänder en röd lysdiod på moderkortet för att indikera 

”flashnings-mode”. Om huvudströmbrytaren skulle slås till nu gör det ingenting då den 

överrider SW2, spänningssätter slavkorten och tänder den gröna lysdioden. 

Figur 4.17 Moderkortets elektronik med tillslagen strömbrytare

Som redan beskrivits har moderkortet även en NAND-krets mellan anslutningen till mastern 

och kommunikationsbussen och kan även ha ett relä om man önskar, MSS71A05 från 

CLARE, med en enkel RC-koppling för att fördröja reläets tillslag. 

Både slavkorten och moderkortet är tillverkade av BETA Layout Ltd. 43 på Irland. 

43 Hemsida www.pcbpool.com/ppuk. 

43

5. Mjukvara 

5.1 Systemkrav 

De hårdvarumässiga kraven på systemet är att upp till 12 stycken elektroder används för att 

analysera och påverka hjärtats aktivitet. Systemet styrs och övervakas av en eller flera 

processorer (se även bilaga Y.1 Kravspecifikation och kapitel 7. Riskanalys och 

riskhantering). Anslutningen till hjärtat åstadkoms utan risk för skada genom att elektroderna 

försiktigt sugs fast med hjälp av vakuumteknik utanpå hjärtmuskulaturen. För att kunna 

garantera säkerheten måste även de olika elektroderna vara galvaniskt åtskilda, det vill säga 

utan fysisk kontakt med varandra. 

Systemkraven för mjukvaran samt processorstyrningen sammanfattas här i följande punkter: 

• Detektering – Systemet måste kunna detektera en kontraktion av förmaket utan risk 

för att yttre störningar leder till felaktigt uppträdande. Signalen från hjärtat varierar 

kraftigt under cirka 10 ms för att sedan ligga på en plan nivå. För behandling av 

hjärtats signal behöver dock signalen omvandlas från en analog till en digital signal. 

Samplingshastigheten måste då vara tillräckligt hög för att kunna hitta de kraftiga 

toppar som uppstår under detektering (jmf EKG). Samplingshastigheten bör därför 

minst uppgå till 1 kHz. 

• Stimulering – Systemet måste kunna påverka hjärtats aktivitet. Tröskelvärdet (den 

lägsta spänning som krävs för att ta över sinusknutans funktion) för systemets 

elektroder måste bestämmas. Detta kan till viss mån göras i förväg men tröskelnivån 

varierar troligtvis även beroende på placering på förmaket. Stimuleringspulsens styrka 

samt pulstid måste därför enkelt kunna ändras för att under senare försök kunna 

optimeras. 

• Flexibilitet – Systemet måste kunna hantera förändringar hos olika designparametrar 

och olika elektrodkonstruktioner. 

• Användargränssnitt – Detta måste visa systemets status samt larma då allvarliga fel 

upptäcks. Obligatoriska funktioner är nödstopp, ON/OFF-knapp samt 

varning/indikatordioder. 

• Visualisering – Resultaten måste kunna presenteras och spelas upp efter ett slutfört 

försök. Detta är nödvändigt för att kunna analysera resultaten i efterhand. 

5.2 Designalternativ 

För att tillgodose de grundläggande kraven på systemet finns ett antal tänkbara lösningar. 

Några av dessa alternativ kommer att diskuteras här. Tekniska fördelar och nackdelar 

analyseras. Sedan finns naturligtvis även en ekonomisk aspekt som slutligen måste vägas in i 

bedömningen. 

5.2.1 Master – Slav system 

En tänkbar lösning är att använda ett system som enbart är baserat på mikrokontrollers. En 

processor har en överordnad ställning (master) och styr övriga processorer (slavar). Mastern 

kommenderar flera slavar att utföra vissa instruktioner. Mätvärden kan då skickas till mastern 

för att sedan sparas eller skickas vidare till en stationär dator. 

45

Varje elektrod i systemet kontrolleras i sin tur individuellt av en mikroprocessor. Detta 

underlättar kontrollen av elektroden genom att programkoden blir mindre omfattande och 

arbetsbelastningen blir lägre. Om en processor instrueras att utföra fler instruktioner än vad 

som är möjligt kan detta leda till dataförlust på grund av den begränsade minneskapaciteten. 

En annan viktig faktor är ökad funktionssäkerhet hos systemet. Om en processor eller ett 

styrelektronikskretskort fallerar påverkas endast en elektrod. Eftersom antalet elektroder som 

kommer att användas uppgår till max 12 enheter kan systemet utformas att klara ett bortfall på 

till exempel en elektrod. Även kravet på galvanisk åtskildhet blir lättare att åstadkomma då de 

olika elektroderna är helt fristående. 

Grundfunktionen hos dessa elektrodprocessorer är att detektera hjärtats aktivitet och/eller att 

stimulera hjärtat samt att ta emot styrkommandon från en huvudprocessor. 

Huvudprocessorn/mastern i systemet kontrollerar slavarna och beslutar vilka instruktioner 

slavarna ska genomföra. Huvudprocessorn tar emot och utvärderar de mätvärden som 

slavprocessorerna skickar vilket i sin tur leder till olika typer av motsvar. Elektrodernas 

exakta placering är inte känd. Under ett försök kommer olika placeringar och uppställningar 

att provas. Elektroderna måste därför kunna placeras godtyckligt över hela förmaket. Alla 

mätvärden sparas under ett försök i huvudprocessorns internminne eller skickas vidare till en 

PC för att möjliggöra senare analys. Kommunikation mellan slav och master sker genom ett 

externt ”bussgränssnitt”. 

”Master” 

MasterC165 

Back-log till 

extern PC 

Stationär 

Dator 

Seriellt 

bussgränssnitt 

Figur 5.1 Principskiss för ”master – slav” förhållande. 

5.2.2 Instickskort i PC 

En lösning liknande Master – Slav systemet är att istället använda ett instickskort i en 

stationär dator. Även här används en processor per elektrod för att underlätta kontrollen av 

systemet. Skillnaden är att den stationära datorn i denna uppställning blir Master. 

Kommunikationen sker genom ett standard RS-232 serie gränssnitt där mätvärden och 

systemkommandon skickas. Fördelen är att visualisering kan utföras samtidigt som ett försök 

genomförs. Behandling av mätvärden blir också relativt enkel eftersom kraftfulla program kan 

användas för direkt analys. Denna analys kan visserligen utföras av det ovan diskuterade 

Master – Slav systemet men eftersom mätvärden ”mellanlandar” i en mikroprocessor blir 

databehandlingen mer invecklad. Nackdelar är att systemet blir beroende av en viss stationär 

PC. De instickskort som tillgodoser systemets krav på realtidsegenskaper är relativt ett rent 

mikrokontrollerbaserat system mer kostsamt i inköp. Dessutom har operativsystemet i en 

46 

”Slavar” 




Utgång till 

elektroder

stationär dator långa interruptrutiner, upp till flera millisekunder (t.ex. en PC med Windows 

XP/2000). Detta kan innebära att styrningen av systemet riskerar att störas. 

PC 

Instickskort i 

stationär dator 

Figur 5.2 Instickskort i stationär dator 

47 




Utgång till 


6. Processorstyrning 

6.1 Inledning 

Det lösningsalternativ som bedömdes ha störst möjlighet att lyckas är ett system där fristående 

mikrokontrollers innehåller huvuddelen av all logik. En Master kontrollerar alla slavar. Med 

denna utformning kan data snabbt inhämtas från alla slavprocessorer. Ett skräddarsytt system 

med full kontroll över interruptrutiner ökar responstiden avsevärt. När Mastern fått data från 

en slav kan beslut om eventuell stimulering tas direkt. Mastern skickar kontinuerligt insamlad 

data till en stationär dator. För att användaren skall kunna påverka systemet under drift och 

kunna bedöma systemets status är det dock nödvändigt att utveckla ett användargränssnitt. 

Detta kan antingen göras med hjälp av ett hårdvarubaserat gränssnitt eller med ett 

mjukvarubaserat program i den stationära datorn. 

Den säkraste och mest flexibla lösningen bedömdes att vara en kombination av de två ovan 

nämnda alternativen. Ett styrprogram med möjlighet att starta eller stoppa systemet samt 

ändra olika systemparametrar under drift bedöms vara nödvändigt. Det hårdvarumässiga 

gränssnittet kommer att innehålla av/på brytare som även kan fungera som nödstopp samt ett 

visst antal indikatorer för att kommunicera systemets status. 

6.2 Val av processorer 

6.2.1 Slavprocessor 

Siemens C504 valdes för att kontrollera elektroderna i systemet. C504 är en modifierad och 

utökad version av C501. C50x är kompatibla med arkitekturen hos en standard 8051 

mikrokontroller. C504 har 16 bitars capture-compare enhet, 10 bitars AD omvandlingsenhet, 

tre 16 bitars klockor och en serieport för extern kommunikation. Det är en relativt enkel 

mikrokontroller som uppfyller systemkraven väl. En nackdel med denna processor är att den i 

standardutförande inte har något inbyggt programminne. Den versionen som är tilltänkt för 

detta projekt har dock ett så kallad OTP-minne 44 . Det finns även versioner med inbyggt 

programminne men dessa är också betydligt dyrare. Minneskapaciteten för OTP-enheten är 16 

Kbyte vilket är fullt tillräckligt i detta fall då programkodens storlek blir relativt liten. En 

ytterligare faktor som talar för denna processor är att det på Institutionen för Medicinsk 

Teknik redan finns ett komplett utvecklingssystem för denna processor vilket bidrar till en 

kostnadseffektiv lösning. 

6.2.2 Huvudprocessor 

Den huvudprocessor som valdes är även denna tillverkad av Siemens och är av typen C165. 

Processorarkitekturen bygger på 80C166 vilken var den första generationen av Siemens 16 

bitars mikrokontrollers (C504 är en 8 bitars mikrokontroller). C165 och C167 tillhör den 

andra generationen i C166 familjen vilka utvecklats för att möta höga krav med avseende på 

realtidsegenskaper och multiprocessorkommunikation. C165 är i stort sett identisk med C167 

men har ett enklare utförande. C165 saknar till exempel AD omvandlingsenhet, PWMmodulator 

och capture – compare enhet. Dessa funktioner behöver huvudprocessorn inte i 

detta system eftersom AD omvandling sker individuellt i slavprocessorerna. C165 har två 

seriella portar vilket är nödvändigt för att dels kunna kommunicera med slavarna och dels 

kunna överföra mätvärden till en stationär PC. 


49

Detta val visade sig under projektets gång att inte vara optimalt eftersom ett av C165 

seriegränssnitt är synkront vilket inte är kompatibelt med C504 kommunikationsgränssnitt 

(UART). Detta faktum gjorde att två C165 används som Master. Det finns andra processorer 

med två UART serie portar, till exempel Siemens C164. Anledningen till att C165 fortfarande 

valdes som första alternativ var att detta problem uppdagades relativt sent i utvecklingsfasen. 

Långa leveranstider på passande processorer och passande utvecklingsmiljöer gjorde att två 

C165 processorer användes istället. Detta för att projektet skulle bli genomförbart inom den 

uppsatta tidsramen. 

6.3 Systembeskrivning 

6.3.1 Huvudprocessor 

Huvudprocessorns grundläggande funktion är att inhämta den mätdata som slavarna 

genererar. Mätvärdena måste även sparas för att möjliggöra senare analys. Mastern måste 

dessutom kunna tolka information och påverka slavarna beroende på vilken situation som 

uppstår. Hos Mastern finns alltså beslutsalgoritmen för systemet. Tanken är att Mastern 

initierar antalet slavar, bestämmer längd samt styrka hos stimulationspulsen samt avgör vilken 

funktionsmode systemet skall använda. De funktionsmoder som utvecklats i denna första 

prototyp är en enklare variant av Synkron och Inhiberad pace. Synkron pace innebär allmänt 

att då den elektriska laddningen i hjärtats muskulatur överstiger ett visst tröskelvärde 

stimulerar pacemakern alltid hjärtat under förutsättning att refraktärperioden löpt ut. Om en 

allt för lång tid fortlöper utan att hjärtaktiviteten överstiger den angivna nivån stimuleras 

hjärtat även här. Den största skillnaden mellan de två ovan nämnda metoderna är att då en 

inhiberad pacemaker används sker inte stimulation då ett spontant slag upptäcks. Hjärtslaget 

inhiberas (registreras) men ingen övrig åtgärd vidtas. 

Från början var tanken att möjligheten för att under ett försök kunna ändra systemparametrar 

skulle vara begränsade. Byte av operationsmode samt övriga systemparametrar kan ändras 

med ett hårdvarubaserat eller med ett rent mjukvarubaserat användargränssnitt. Desto längre 

projektet fortskred upptäcktes ett behov av allt fler variabla systemparametrar. 

Initieringskommandon kan skickas från en stationär dator. Detta möjliggör förändring av 

systemets parametrar samt val av olika funktionsmoder utan att omprogrammering av 

huvudprocessorerna är nödvändig. Den beslutsfattande algoritmen måste dock fortfarande 

finnas i huvudprocessorn (C165). En stationär dator eller en laptop kan inte ta över denna 

uppgift om stimulationspulserna skall kunna utföras i realtid. Interruptrutiner i vanliga datorer 

kan vara mycket långa, upp till flera ms vilket skulle leda till intermittenta fördröjningar som 

är svåra att förutse. Initieringskommandon och byte av funktionsmode är inte lika tidskritiska 

och en viss fördröjning kan godtas då en ny konfiguration skall användas. Därför beslutades 

att utvecklingen av användargränssnittet huvudsakligen skulle göras mjukvarumässigt. Mer 

om användargränssnittet återfinns under rubriken 6.4. 

Om programkoden i huvudprocessorerna skall vidareutvecklas, till exempel tillägg av nya 

förbättrade funktionsmoder kan de båda huvudprocessorerna enkelt programmeras om. 

Eftersom en standardiserad utvecklingsplattform från Phytech (Kitcon-165) används till 

huvudprocessorn behövdes denna justeras för att passa projektets behov. För att öka 

överföringshastigheten mellan slav och master används logiknivåer (0-5 V). 

Grundinställningen hos utvecklingskortet var standard RS-232 kommunikation (± 8V). RS- 

232 kommunikation är nödvändig då processorn skall programmeras om. Då både logik och 

RS-232 nivåer används byggdes en switch där kommunikationsmetoden lätt kan ändras (se 

bilaga ”Handledning”). 

50

Genom att apparaten är ansluten till nätspänning (220V) krävs att inga anslutningar till hjärtat 

får vara i direkt kontakt med omkringliggande elektronik. Kommunikationen mellan 

slavprocessor och huvudprocessor sker därför via ett optiskt gränssnitt. Detta innebär att slav 

och master inte är i fysisk kontakt med varandra. Detta är nödvändigt för att kunna garantera 

säkerheten. Risken är därmed obefintlig för höga spänningar att nå hjärtat även om någon del 

i elektroniken skulle haverera. 

6.3.2 Huvudprocessor 2 

Den andra delen av huvudprocessorsystemet fungerar i huvudsak som en länk mellan den 

stationära datorn och det övriga systemet. Detta är naturligtvis inte optimalt. I en framtida 

vidareutveckling av systemet kan man byta dessa två masterprocessorer mot en kraftfullare 

processor med två seriella gränssnitt (asynkrona, 9-bit UART). C165 har en UART och en 

SSC (Synkront serie gränssnitt). 

Processorn inhämtar mätdata samt utför ytterligare databehandling innan denna 

vidarebefordras till den stationära datorn. All information organiseras och skickas i datapaket 

om varierande längd. Tre olika typer av datapaket existerar; AD omvandlade värden från 

slavprocessorerna, information om stimuleringshändelser och tillbakaloggning av 

inställningar. 

6.3.3 Slavprocessor 

Huvudprocessorerna är som tidigare nämnts omprogrammerbara för att underlätta framtida 

utveckling av systemet. C504 däremot har ett OTP-minne, vilket inte är omprogrammerbart. 

Slavarna har därför utformats för att vara mycket flexibla för att tillåta användning i en mängd 

olika konfigurationer. 

Slavprocessorerna har två huvudfunktioner, stimulering och detektering. Varje slav kan 

konfigureras för att vara enbart stimulerande, enbart detekterande eller både detekterande och 

stimulerande. 

Slavarna opererar enbart utifrån kommandon från master (C165). Slaven ligger i ”dvala” tills 

mastern skickar ett startkommando. Startkommandot innehåller information om systemets 

aktuella konfiguration. Därefter startas AD-omvandlingen för de kanaler som är detekterande. 

Den interna systemklockan genererar då interrupt med en frekvens av 4 kHz. För varje 

interrupt startas en ny AD-omvandling. Det är inte möjligt att vidarebefordra data i denna 

hastighet till mastern om 12 detekterande kanaler används. Fyra värden summeras därför till 

en klumpsumma som sedan skickas vidare till mastern. Slaven har alltså ett nytt värde redo att 

hämtas varje 1ms. Mastern måste alltid kalla på slaven efter mätvärden. Om mastern kallar på 

slaven i en långsammare takt än en gång per ms kastas dessa oanvända värden. 

För att öka flexibiliteten hos slavarna kan dessa även utföra en rad övriga kommandon på 

begäran. Möjligheten finns att vid en godtycklig tidpunkt beordra slaven att skicka en 

stimulationspuls till hjärtat. Huvudprogrammet kan även tvinga slaven att utföra en mjukvarureset. 

Kommandon kan skickas individuellt till en viss slav eller allmänt till alla slavar 

samtidigt. Masterns samtliga kommandon finns sammanfattade nedan. 

51

Individuella slavkommandon: 

• Reset 

• Starta AD-omvandling 

• Stoppa AD-omvandling 

• Stimulera 

• Skicka data 

• Initiera stimulationspulsens styrka 

• Initiera stimulationspulsens längd 

Gemensamma slavkommandon: 

• Reset 

• Synkronisera klockor 

• Starta AD-omvandling 

• Stoppa AD-omvandling 

• Initiera stimulationspulsens styrka 

• Initiera stimulationspulsens längd 

6.3.4 Processchema 

On/off, 

nödstoppssignal 

Master: 

Användar- 

gränssnitt1 

Digitalt 

mätvärde 

Master 

Indikatorsignaler 

Stationär dator 

Digitalt 

mätvärde 

Masterkommando 

till slavar 

Input 

• Digital mätdata från hjärtat 

• Styrsignaler från användargränssnitt 

O 

p 

t 

i 

s 

k 

t 

g 

r 

ä 

n 

s 

s 

n 

i 

t 

t 

Digitalt 

mätvärde 

Masterkommando 

Figur 6.1 Flödesdiagram för data mellan master och slav. 

52 

C504 

C504 

C504 

Analog 

hjärtsignal 

Stimulaspuls, 

indikatorsignaler 

Anv 

ändar 

- 

gräns 

snitt2

Output 

• Styrkommando till slavar 

• Sparade mätvärde överförs till extern PC 

• Indikatorsignaler 

Slavar: 

Input 

• Styrkommando från master 

• Analog hjärtsignal 

Output 

• Digital mätdata från hjärtat 

• Stimuleringspuls 

• Indikatorsignaler 

6.4 Användargränssnitt 

Användargränssnittet används för att påverka eller att övervaka systemet under drift. Som 

namnet antyder skall gränssnittet även visa systemets status för användaren. 

Användargränssnittet kommer att utformas relativt sparsamt. Detta beror på att ett avancerat 

användargränssnitt ställer höga krav på mjukvaran som måste kunna hantera alla olika 

situationer som kan uppstå. I ett system där säkerheten alltid måste sättas främst kan inga fel 

tolereras, även om risken är liten. 

Funktioner som ON/OFF-knapp och nödstopp är naturligtvis obligatoriska. Det är även till 

stor hjälp för användaren att ha ett antal indikatorer som kommunicerar systemets nuvarande 

status. Detta underlättar också upptäckt av eventuella fel. Vilka och hur många indikatorer 

som skall användas måste övervägas noggrant. För många (eller för få) indikatorer kan leda 

till att viktig information inte når användaren. Tolkning av indikatorer kan underlättas genom 

att använda olika färger till olika typer av meddelanden. Röd färg signalerar att något avvikit 

från det normala. Grön färg indikerar normala driftsförhållanden. Man kan också använda sig 

av mönster för att påvisa avvikande förhållanden. Detta underlättar tolkningen eftersom det 

blir tydligare då en indikator avviker från de övriga. Under normala förhållanden lyser alla 

dioder, en för varje elektrod. Om en slav plötsligt skulle sluta svara på masterns kommando 

påvisas detta genom att en indikator avviker från mönstret. 

De mekaniska reglage som återfinns kan kategoriseras under rubriken allmänna 

säkerhetsfunktioner. 

Allmänna säkerhetsfunktioner 

• ON/OFF-reglage (även nödstopp, stryper spänningsmatningen till hela systemet) 

För att kommunicera systemets status används två lysdiodsarrayer, en för alla slavprocessorer 

och en för huvudprocessorn samt en ON/OFF-indikator. 

Indikatorer 

• Indikatorlampa för systemstatus, ON/OFF 

53

• Indikatorer för status hos slavprocessor (grön = detekterande, gul = stimulerande, röd 

= aktiv stimulering) 

• Indikatorer för status på huvudprocessor (grön = system ok, röd = systemfel) 

On/off 

Grön – aktiv 

detektering 

Röd – 

stimulering 

aktiv 

Indikator 

panel 

Figur 6.2.a Prototyp av systemets inneslutning samt indikator panel. 

Gul – 

detektering 

ej aktiv 

Figur6.2 b Varje slavkort har tre dioder anslutna, grön = detektering aktiverad, gul = detektering ej 

aktiverad/avstängd samt röd = stimulering aktiv 

54 

Uttag för 

com1/com2 

9V - ingång 

Anslutning till 


Styrning av systemet utförs från den stationära datorn med ett program utvecklat i 

programmeringsmiljön Delfi. Detta program innehåller ingen beslutande logik. Systemet 

måste dock startas genom att ett kommandopaket skickas till huvudprocessorn. 

Kommandopaketet innehåller information om systemets konfiguration. Ett nytt 

kommandopaket kan alltid skickas under drift för att tillåta nya inställningar av systemet. 

Protokollet för kommandopaketet är uppbyggt så att alla delkommando består enbart av 

ASCII tecken. Detta för att ett godtyckligt terminalprogram skall kunna användas. Det spelar 

ingen roll i vilken ordning kommandobytes skickas. Master C165 läser in och räknar alla 

kommandobytes ända tills ett avslutningskommando upptäcks. Avslutningskommandot har 

valts att representeras av ASCII tecknet ”X” (77 decimalt). 

Möjliga inställningar är val av antal detekterande kanaler (AxxxAxxx…), stimuleringspulsens 

längd (Pxxx), stimuleringspulsens nivå (Lxxx), refraktärperiodens längd (Rxxx), escapeintervallets 

längd (Exxx), triggningsnivå (Txxx) samt vilken mode programmet skall arbeta i 

(Mxxx). Delfiprogrammet består av en interaktiv panel där systemkonfigurationen ställs in. 

Systemet startar då ”start” knappen trycks ned på panelen, det vill säga när ASCII tecknet ”X” 

upptäcks för första gången. 

Det som användaren ser är ett program utvecklat i Delfi. Det mjukvarumässiga gränssnittet är 

i detta stadie relativt enkelt. Systemet kan konfigureras på önskat vis och detekterande kanaler 

visualiseras via en multiplot. Programmet har utvecklats av Håkan Elmqvist. I figur 6.3 visas 

en tidig prototyp. 

Figur 6.3 Användargränssnitt utvecklat i Delfi 

55

På vänster sida kan de olika kanalernas konfiguration bestämmas. Första kolumnen 

bestämmer vilka kanaler som skall vara detekterande och den andra kolumnen bestämmer 

vilka kanaler som skall vara stimulerande. I Panel 1 kan de olika systemparametrarna väljas 

till önskade värden. Då användaren är nöjd med inställningarna trycker man på ”send 

command” vilket leder till att en fullständig kommandosträng skickas till systemet som 

initierar mikroprocessorerna och startar systemet. 

6.4.1 Kommandoprotokoll 

Kommandot ”A” innebär att slavens funktions initieras. Varje slav kan vara enbart 

detekterande, enbart stimulerande eller både och. De två först siffrorna efter A anger för 

vilken slav inställningen gäller. Den tredje siffran anger vilken funktions mod slaven kommer 

att arbeta i (0 = kanal avstängd, 1 = enbart detekterande, 2 = enbart stimulerande 3 = 

stimulerande och detekterande). Användaren kommer även att ha möjlighet att välja mellan 

ett antal olika funktionsmoder för hela systemet. I denna första prototyp kan tre moder väljas; 

enbart detektering, synkron eller inhiberad pacing (M1, M2 resp. M3). 

Inställningarna för olika systemparametrar är uppbyggda på liknande sätt. 

• Refraktärperiodens längd, det intervall då stimulering inte är tillåten sätts med 

kommandot R250. De tre siffrorna efter ”R” anger periodtiden uttryckt i ms. 

• Escapeintervallet, den längsta period utan att stimulering sker. Om ingen 

stimulationspuls upptäckts inom detta intervall stimuleras hjärtmuskulaturen. Med 

kommandot E990 sätts escapeintervallet till 990 ms. 

• Triggningsnivå, den lägsta spänningsnivå som systemet uppfattar som ett hjärtslag. 

T620 innebär att triggningsnivån är 3 V (620/1024*5). 

• Stimulationspulsens nivå uttryckt i V kan sättas till 15 olika värden. L010 innebär nivå 

10 vilket motsvarar ca 4,4 V (se tabell 6.1). 

• Stimulationspulsens längd kan sättas mellan 0,1 ms till 1,5 ms. P010 motsvarar 1,0 

ms. 

Exempel: 

Inställning av detekterande kanaler: 

A01x – kanal 1 

A010 – kanal 1 avstängd 

A011 – enbart detektering på kanal 1 

A012 – enbart stimulering på kanal 1 

A013 – både stimulering och detektering på kanal 1 

Inställning av escapeintervall/refraktärperiod: 

E100 – Escapeintervallets längd = 100 ms 

R050 – Refraktärperioden = 50 ms 

Inställning av stimuleringspuls: 

P005 – pulslängden är 0,5 ms, 

L010 - stimuleringsnivån är 10 

Inställning av triggningsnivå 

T620 – triggningsnivån är 3 V 

Val av funktionsmode: 

M002 – Mode = 2 => synkron paceing 

56

__________________________________________________________________________ 

A01 – 12 _ Initiering av slavens funktionsmode (0,1,2,3) 

Axx0 _ Kanal avstängd 

Axx1 _ Detekterande elektrod 

Axx2 _ Stimulerande elektrod 

Axx3 _ Detekterande och stimulerande elektrod 

E 280 - 999 _ Initiering av systemets escapeintervall [ms] 

R120 - 250 _ Initiering av systemets refraktärperiod [ms] 

P001 - 015 _ Initiering av stimulationspulsens längd f(x) = x*100 [µs] 

0

6.5.2 Detektering 

Då kommandot ”M1” skickas till apparaten väljs funktions mode ett vilken innebär att enbart 

lyssna på hjärtats aktivitet. Tanken med denna funktion är att främst utgöra ett underlag för 

inställning av triggningsnivå för systemets kanaler. Det kan även vara värdefullt att innan ett 

försök påbörjas verifiera att systemets kanaler fungerar korrekt. Om en kanal återger felaktiga 

värden kan denna tas bort innan det riktiga provet påbörjats. De kanaler som valts som 

detekterande returnerar sina mätvärden och stimulering är under inga omständigheter tillåten. 

6.5.3 Synkron pace 

Vid synkron hjärtstimulering leder en detektering av ett hjärtslag (spänningsnivå över 

tröskelvärdet) till att mastern beordrar de slavar som konfigurerats som stimulerande att sända 

ut en stimuleringspuls med en given pulstid samt pulsstyrka. Samtidigt startas två klockor, 

den ena för att räkna refraktärperioden och den andra för att kontrollera att escapeintervallet 

inte löper ut innan nästa detektering upptäcks. Refraktärperioden är den tid hjärtat behöver för 

att efter en kontraktion återgå till avslappnat tillstånd. Under denna tid tillåts ingen 

stimulering även om en spänningsnivå över tröskelvärdet skulle detekteras. Om ingen 

hjärtaktivitet detekteras inom escapeintervallet sker stimulering även i detta fall. Vid varje 

stimulering uppdateras dessa räknare. 

6.5.4 Inhiberad pace 

Inhiberad pace är en annan variant av beslutsalgoritm som kan väljas. Här leder ett spontant 

hjärtslag inte till stimulering. Hjärtats aktivitet registreras genom att den refraktära räknaren 

nollställs samt räknaren för escapeintervallet. Stimulering sker i detta fall enbart då ingen 

hjärtaktivitet detekteras under en hel period för escaperäknaren. 

6.5.5 Allmänt - Slav 

Slav programmet startar på kommando av mastern en systemklocka som genererar ett 

interrupt var 250 µs. I interruptrutinen för slavens systemklocka startas varje gång en AD 

omvandling. En AD omvandling genomförs på cirka 60-70 instruktionscykler (med prescaler 

16) vilket med 20 MHz kristallfrekvens innebär att omvandlingen är klar på cirka 10 µs. Detta 

betyder att slavprocessorn har ett relativt brett tidsspann innan nästa AD omvandling startas. 

Denna tid kan utnyttjas för att utföra nödvändiga instruktioner såsom förflyttning av data, 

beräkning av medelvärde och för att spara data. 

58

Slavarna avbryts med jämna mellanrum av mastern som skickar olika typer av 

styrkommandon, till exempel starta eller stoppa AD omvandling, skicka data, synkronisera 

klockor. Figur 6.5 nedan ger en övergripande bild av hur programmet arbetar. De streckade 

pilarna symboliserar avbrott som genererats på grund av kommando från mastern eller internt 

av den egna systemklockan. 

Interrupt 

från räknare 

Huvudslinga 

Starta AD 

omvandling 

Figur 6.5 Programstruktur slav. 

6.5.6 Detekterande slav 

För att få mer information om hjärtats elektriska status behövs detekterande elektroder. Dessa 

kan användas som beslutsunderlag för hur mastern ska agera. En signal detekteras med hjälp 

av C504 AD omvandlare (Analog Digital). Samplingsfrekvensen är 4kHz internt i 

slavprocessorn. Om 12 slavprocessorer används överbelastas masterprocessorn av denna 

datamängd. Därför genomförs summering av fyra på varandra följande värden. Den egentliga 

samplingshastigheten blir därför 1 kHz vilket bedöms vara en fullt tillräcklig hastighet. Denna 

samplingshastighet är betydligt snabbare än vad hjärtat kan reagera på rent fysiskt. 

Mikroprocessorns kristallfrekvens är 20 MHz vilket är mycket högre än den föreslagna 

samplingsfrekvensen. Eftersom arbetsbelastningen med övriga processer är relativt låg finns 

alltså ingen risk att processorn skulle kunna bli överbelastad. 

Signalen från hjärtat måste filtreras innan detekteringen eftersom den innehåller brus som kan 

ge missvisande värden. Eftersom mycket små spänningsskillnader måste kunna detekteras 

behöver signalen även förstärkas. Den elektriska behandlingen av signalen beskrivs utförligt i 

kapitel 4. Varje AD-omvandlat värde består av 10 bitar. Upplösningen blir således 1/1024*5 

= 4,88 mV. Tillförlitligheten ökas ytterligare hos den uppmätta spänningen genom att ett antal 

mätvärden medelvärdesbildas. 

59 

Skicka data 

Stimulera 

Initiering 

Interrupt från 

Master

Dessa mätningar buffras i C504:ans interna minne, summeras och skickas sedan vidare till 

mastern. Vi har valt att summera 4 värden innan denna klumpsumma skickas. 

Överföringshastigheten mellan slav – master blir på detta sätt inte blir lika intensiv. Slaven 

anropas varje ms av mastern som erhåller det senaste mätvärdet och cykeln påbörjas på nytt. 

AD register, 

omvandlingar utförs 

med en frekvens på 

4kHz 

Avslutad mätning 

flyttas till register 

ADDAT 

Figur6.6 Principiell skiss över hantering av mätdata. 

6.5.7 Stimulerande slav 

För de elektroder som skall vara enbart stimulerande blir arbetsbeskrivningen relativt låg 

eftersom slaven då enbart väntar på ett stimuleringskommando från huvudprocessorn. 

Stimulering sker genom att en port sätts hög under en förbestämd tid. Styrpulsen aktiverar en 

triggerkrets som i sin tur leder en spänning till hjärtat. Pulsens längd är default satt till 0,5 ms, 

det vill säga om ingen annan information finns tillgänglig är pulslängden 0,5 ms. Det är i detta 

system nödvändigt att kunna ändra pulstiden för att kunna analysera hjärtats påverkan. 

Pulstiden kan varieras genom att skicka ett kommando från huvudprocessorn. Pulstiden kan 

ändras i ett spann från 0,1 ms upp till 1,5 ms med steglängden 0,1 ms. 

Även styrkan hos stimuleringspulsen kan ändras inom ett intervall med 15 nivåer. 

Tröskelvärdet för capture av hjärtfrekvensen för systemets elektroder (den lägsta 

spänningsnivå som kan överta sinusknutans funktion) ligger strax under 1 volt. Tröskelvärdet 

kan dock bli högre beroende på var elektroden är placerad på förmaket. Styrkan hos 

stimuleringspulsen kan därför ändras av huvudprocessorn från 0 V upp till 10 V. En 

kondensatorkrets laddas till den önskade stimuleringsnivån genom C504:ans PWM enhet 

(Pulse Width Modulator). Styrkan hos stimuleringspulsen varieras genom att signalens dutycycle 

förändras. Dutycycle kan förklaras som ett förhållande mellan den tid signalen är hög 

och mellan den tid nivån är låg. 50 % dutycycle innebär att signalen är hög lika länge som den 

är låg. Eftersom frekvensen hos denna signal är mycket hög, cirka 10 kHz laddas 

kondensatorerna olika mycket beroende på förhållandet mellan hög (5 V) och låg (0 V) nivå. 

Ett spann mellan 0 till 10 V uppnås genom seriekoppling av flera kondensatorer. 

60 

AD omvandlade 

värden buffras i 

interna minnet. 

Summering av fyra 

värden ger ett två 

byte stort tal

Timer0 

period 

6.6 System timing 

Timingen i systemet är uppbyggd på så sätt att då slaven får ett startkommando påbörjas 

första AD-omvandlingen. En AD-omvandling blir klar på mindre än 10 µs därefter tar 

interruptrutinen samt data behandling ca ytterligare 40 µs. Mastern avbryter vid detektion 

slaven varje ms, synkroniserar klockan mot masterns (klockan nollställs) samt påbörjar en ny 

AD-omvandling. 

Om mastern inte skickar något ”skicka data” kommando kommer värden att gå förlorade. 

Ingen intern databuffer finns hos slavprocessorerna. Vi är dock säkra på att då mastern begär 

ett värde är detta högst 1ms gammalt. 

Timer 

interrupt 

AD 

omvandling 

interrupt 

Tid mellan varje timerinterrupt (ca 240 µs) 

Kommunikation 

interrupt 

AD omv #3 AD omv #4 

1 ms 

~100 µs 

Räknaren nollställs, ett nytt värde sänds till 

Master (två byte). 

Nytt värde finns redo att hämtas 

Vid kontinuerlig insamling av data från en given slav är systemtimingen en viktig del i hur 

effektivt programmet kan arbeta. Om en interruptrutin påbörjas precis innan slavens 

kommunikations interrupt aktiverats måste detta slutföras innan masterns order kan granskas. 

Eftersom mastern väntar på att slaven skall svara fördröjs även nästa slavs anrop. Denna 

störning fortplantar sig sedan genom hela anropssekvensen. För att undvika detta stängs AD 

omvandlingarna av då ett ”skicka data” kommando anländer. Slaven räknare som avgör 

frekvensen hos AD omvandlingarna uppdateras och laddas med perioden 100 µs. Under 

denna tid är vi säkra på att det föregående mätvärdet skickats till mastern. När sedan räknaren 

slår runt efter 100 µs laddas den vanliga perioden på 250 µs. Fyra AD omvandlingar har alltså 

påbörjas 850 µs efter huvudprocessorns anrop (100 + 250*3). Mastern anropar en viss slav en 

gång per ms vilket innebär att slaven alltid har ett färskt mätvärde redo att överföras till 

61 

Interrupt från master, 

nollställ räknaren 

1 ms 

AD omv #1 

#1 #2 #3 #4 

Summering 

Ett nytt mätvärde 

finns redo att 

hämtas

Timer2 

interrupt 

SSC 

interrupt 

Tx 

mastern. Detta utan att slavens AD interrupt stör kommunikationen eftersom det dröjer 

ytterligare 250 µs innan nästa AD omvandling påbörjas (med en felmarginal på 100 µs). Om 

krockar mellan olika interrupt ändå skulle inträffa utgör felmarginalen en tidsbuffer som 

ställer in synkroniseringen efter ett antal anrop. 

Synkroniseringen mellan masterns interruptrutiner är inte lika känslig eftersom alla interrupt 

är relativt korta, maximalt 20 µs. Alla övriga processorer tvingas dessutom anpassa sig efter 

huvudprocessorn vilken är den del i systemet som har den högsta beslutande ställningen. 

Masterprocessorns olika interruptrutiner listas i diagrammet nedan. Timer2 är systemets 

interna räknare med en upplösning på 1ms. Diagrammet visar ett typiskt utseende för en 

anropssekvens vilken startar med att första kanalen anropas (Tx), slaven svarar då med ett 

mätvärde av storleken två byte (Rx). Mätvärdena vidarebefordras sedan till den stationära 

datorn (SSC interrupt). Därefter anropas nästa kanal i ordningen ända tills alla slavar anropats. 

Vid kontinuerlig datainsamling repeteras denna sekvens varje ms. 

Rx 1 1 2 2 

Rx 

interrupt 

1 2 

1 2 

6.7 Kommunikationsprotokoll 

1 ms 

6.7.1 Master – Slav C504 

Kommunikation mellan master och slav sker genom ett seriellt gränssnitt. Både C504 och 

C165 har inbyggda funktioner som tillåter multiprocessorkommunikation. 

C165 är mycket flexibel vad gäller kommunikation med utomstående processorer. Data 

överförs i 8 bitars ramar över seriebussen. C165 kan konfigureras att skicka med en extra bit 

som kan användas för att ”väcka” slavar, en så kallad ”Wake up bit”. Alla slavars receive-port 

är ansluten till masterns transmit port (MTSR – Master Transmit Slave Receive). På samma 

sätt är alla slavars transmit port anslutna till masterns receive port (STMR – Slave Transmit 

Master Receive). Mastern har på så sätt möjlighet att kommunicera med alla slavar samtidigt. 

Men mastern måste även kunna kommendera enskilda slavar. En möjlighet att åstadkomma 

detta är genom att låta mastern adressera enskilda slavar med ett unikt id nummer. En adress 

byte skiljer sig från en data byte på så sätt att den nionde biten, ”Wake up bit” sätts till 1 för 

en adress byte och 0 för en data byte. 

62

När mastern vill adressera en särskild slav sätts den nionde biten till 1. Alla slavars receive 

interrupt aktiveras och slavarna kan undersöka informationen i de följande 8 data bitarna. Om 

id numret stämmer överens kan den adresserade slaven förbereda sig på att ta emot data eller 

alternativt skicka data till mastern. Inga andra slavar kommer då att påverkas av vare sig 

masterns eller den aktuella slavens datautbyte. 

Alla slavar behandlar data från mastern genom 1yxh där första biten är ”Wake up bit”. 100h – 

1CFh reserveras för adressering av enskilda slavar och öppnar seriekommunikation med 

aktuell slav. 1C0h – 1FFh reserveras för direkta systemkommandon riktade till alla slavar: 

En adressbyte (8 bitar) innehåller en adress till en enskild slav eller en adress som kallar på 

alla slavar (de fyra första bitarna - y) och en info del som innehåller olika kommandon (de 

fyra sista bitarna - x). 

För slav nummer 1 aktiveras följande funktioner om adressen (y) innehåller 1. Info delen talar 

om vad som ska utföras (x). 

Exempel: 

1(y =1)(x =1)h Y är lika med 1 vilket betyder att kommandot riktar sig till slav 

nummer 1. X är lika med 1 vilket betyder att slav nummer 1 skall 

göra intern reset. 

• 111h reset @ slav 1 

• 122h stimulera @ slav 2 

• 113h starta AD omvandling @ slav 1 

• 134h stoppa AD omvandling @ slav 3 

• 115h skicka data @ slav 1 

• 181h Förbered slav 1 att ta emot data för individuell inställning av 

pulsstyrka 

• 191h Förbered slav 1 att ta emot data för individuell inställning av 

pulstid 

• 10xh Ställ in pulsstyrka eller pulstid individuellt om slav 1 

aktiverats med kommandot 191 eller 181. 

På samma sätt kan direkta systemkommandon införas (riktade till alla slavar): 

• 1Dxh inställning av pulstid (max 16 olika pulstider) 

• 1Exh inställning av pulsstyrka (max 16 olika stimuleringsnivåer) 

• 1Fxh stystemkommandon riktade till alla slavar till exempel stimulera, 

starta AD omvandling, stoppa AD omvandling (max 16 olika 

kommandon) 

I tabell 6.2 nedan återfinns en fullständig lista över huvudprocessorns alla kommandon. 

Notera att pulslängden och pulsstyrkan hos stimuleringspulsen även kan varieras individuellt 

för varje slav. Om kommandot 118h sänds till slav 1 förbereder sig denna på att ta emot en 

byte med information om styrkan hos stimulationspulsen. Denna byte adresseras med 10xh, 

där x representerar nivån i 15 olika steg på samma sätt som vid gemensam inställning av 

stimulationspulsens parametrar. 

63

Adress 4 bitar Info, 4 bitar Adress 4 bitar Info 4 bitar 

x = 1 - 12 1 - Slav x, reset 14 1 - Pulsstyrka, 0,54 V 

2 - Slav x, stim 2 - Pulsstyrka, 0,65 V 

3 - Slav x, starta AD omvandling 3 - Pulsstyrka, 0,85 V 

4 - Slav x, stoppa AD omvandling 4 - Pulsstyrka, 1,14 V 

5 – Slav x, Skicka data 5 - Pulsstyrka, 1,47 V 

7 – Slav x, skicka tid 6 - Pulsstyrka, 1,90 V 

8 – Slav x, förbered för initiering av pulsstyrka 7 - Pulsstyrka, 2,41 V 

9 – Slav x, förbered för initiering av pulslängd 8 - Pulsstyrka, 2,99 V 

13 1 – pulsbredd 0,1 ms 9 - Pulsstyrka, 3,66 V 

2 – pulsbredd 0,2 ms 10 - Pulsstyrka, 4,40 V 






8 – pulsbredd 0,8 ms 

9 – pulsbredd 0,9 ms 

10 – pulsbredd 1,0 ms 15 1 - Reset, alla 

11 – pulsbredd 1,1 ms 2 – Stimulera, alla 

12 – pulsbredd 1,2 ms 3 – Starta AD, alla 

13 – pulsbredd 1,3 ms 4 – Stoppa AD, alla 

14 – pulsbredd 1,4 ms 6 – Synkronisera klockor 

15 – pulsbredd 1,5 ms 0 1 – 15, initiera pulslängd/styrka 

Tabell 6.2 Kommandon från huvudprocessor 

Överföringshastigheten för ett seriellt gränssnitt är en begränsande faktor till hur mycket data 

som kan skickas. Ett mätvärde består av 2 byte. Samplingshastighet är 4 kHz. Eftersom fyra 

mätvärden summeras behöver 1 mätvärde (2byte) skickas med ett mellanrum av 1 ms. Det 

högsta antalet elektroder i detta system är 12 stycken. Detta ger (12*2)/10 -3 = 24 kbyte/s. 

Detta gäller vid kontinuerlig datainsamling från alla slavar. Ett visst utrymme måste även 

lämnas till överföring av styrkommandon från huvudprocessorn. Överföringshastigheten bör 

alltså åtminstone vara 25-30 kbyte/s för att tillgodose systemets behov. Den högsta tillåtna 

överföringshastigheten i denna uppställning är 56,8 kbyte/s vilket är fullt tillräckligt. 

6.7.2 Slav C165 – Master C165 

De båda huvudprocessorerna kommunicerar via ett SSC – gränssnitt (High speed synchronous 

Interface). Detta kommunikationsgränssnitt tillåter överföringshastigheter på upp till 5 Mbit/s 

med en kristallfrekvens på 20 MHz. I denna uppställning måste en processor väljas till master 

vilken genererar klocksignalerna till övriga slavar. Överföringen av data sker synkront, med 

andra ord när mastern flyttar data till sitt transmit register börjar detta omedelbart att sändas 

via MTSR-ledningen (MasterTransmitSlaveRecive). Samtidigt skickas via MRST-ledningen 

det värde som för tillfället återfinns i slavens transmit register. Överföringen mellan Master 

och Slav sker alltså samtidigt. 

För att undvika förvirring av benämningar bör påpekas att slav i detta fall är den C165 

processor som är närmast ansluten till den stationära datorn. I rapporten benämns denna 

processor som huvudprocessor2 eller slav C165. Master processorn är alltså den processor där 

själva beslutsalgoritmen återfinns. Mastern kommunicerar sedan direkt med de olika slavprocessorerna. 

Till slav C165 vidarebefordras sedan data från systemets kanaler via mastern. 

Tre anslutningar behövs MTSR, MRST och CLK (klockpulser). SSC gränssnittet kan sända 

64

upp till 16 bitars tal per sändning. Detta är bra då ett fullständigt mätvärde består av 10 bitar. 

Varje mätvärde kan alltså överföras under en enda sändning. Dessutom kan de 6 oanvända 

bitarna användas till att avkoda vilken kanal varje mätvärde kommer ifrån. 

Överföringsprotokollet är uppbyggt på följande vis: 

”Header” – 6 bitar 

Headern innehåller den aktuella elektrodens kanal nummer. Kanal 1 avkodas av slavC165 

som 1024 + mätvärde, det vill säga 4xx hex, kanal 2 avkodas följaktligen som 5xx hex och så 

vidare. Mätvärdena organiseras sedan med hjälp av kanalnumret för sedan vidarebefordras till 

den stationära datorn. 

Mastern är som tidigare nämnts den som bestämmer när överföring skall ske. Eftersom data 

oftast skickas i riktning mot den stationära datorn valdes denna konfiguration. Men eftersom 

användaren skall kunna ändra systemets inställningar måste även kommunikation från slav till 

master tillåtas. 

Stationär 

dator 

16 bitar överförs vid varje Rx interrupt 


MTSR 

MRST 

10 bitars mätvärde 

Figur 6.7 Anslutning mellan master och slav 

Ett antal lösningar är tänkbara för att uppnå detta. Det enklaste föreföll att ansluta en extra 

interruptledning mellan master och slav. Då slaven skall överföra data till mastern sätts en 

port hög efter att det önskade värdet laddats i slavens transmit register. Då en positiv flank 

detekteras hos mastern genereras ett interrupt. Ett ”tomt” värde laddas i masterns transmit 

register och den önskade data ramen överförs från slav till master. 

65 

MTSR 

MRST 

CLK CLK 

Master 

Interrupt ledning för att slaven 

skall kunna överföra data 

Slav C504

6.7.3 Överföringsprotokoll mellan stationär dator och slavC165 

Överföringen mellan den stationära datorn och slaven sker via ett seriekommunikations 

gränssnitt (UART). Detta betyder att com-porten direkt kan anslutas från en godtycklig dator 

till systemet. Apparaten är således inte beroende av någon speciell maskin. Visserligen 

används ett program utvecklat i Delfi som användargränssnitt. Detta är dock enkelt att 

installera. Skulle man inte ha till gång till detta kan även ett godtyckligt terminal program 

användas. Kommandon måste då skickas manuellt och data kan sparas för att vid ett senare 

tillfälle analyseras. 

Data skickas till dator i datapaket med varierande längd. Först sänds en header bestående av 8 

byte. Headern börjar med två byte med värdet FF hex (början av paket - bap), en byte som 

talar om vilken typ meddelandet är, en byte som innehåller antal data bytes som paketet 

innehåller och fyra bytes tidstämpel följt av ett antal databytes. Varje datapaket avslutas även 

av två byte med värdet FF hex. 

En header ser alltså alltid ut på följande vis: 

[bap][bap][message type][number of data bytes][time msb][time…][time…][time lsb] 

Det finns tre olika typer av datapaket, message type - 1 betyder att ett datapaket innehållande 

enbart mätvärden förväntas. Datapaketets storlek beror på antalet detekterande kanaler som 

används. Ett absolutvärde (två byte) skickas alltid med per kanal och därefter 10 

differentialvärden (en byte). Kanalerna organiseras efter kanalnummer, det vill säga om kanal 

1, 2 och 12 valts som detekterande blir följden enlig nedan. 

• [bap][bap][1][number of data bytes][time msb][time…][time…][time lsb] 

• [AD1][AD1][diff1][diff2]…….[AD2][AD2][diff1][diff2]……[AD12]AD12][diff1]… 

Message type - 2 innebär att ett stimuleringskommando har skickats från master C165 till slav 

C504. Denna händelse loggas för senare analys. I detta fall är datapaketstorleken alltid 12 

byte (8 + 2 + 2 byte). Datat innehåller information om vilken typ av stimuleringskommando 

som sänts och eventuellt vilken kanal som detekterat detta. Det finns olika typer av 

stimuleringskommandon (type of trig message), beroende på om stimuleringen orsakats av 

detektering på en viss kanal eller om escapeintervallet har gått ut. 

• [bap][bap][2][6] [time msb][time…][time…][time lsb] 

• [type of trig message][channel] 

Message type - 3 betyder att kommandosträngen som initierats av användaren loggas tillbaka 

till den stationära datorn. Huvudprocessorerna tar först emot kommandosträngen och utför en 

systemtest för att upptäcka eventuella konflikter eller om förbjudna värden valts av 

användaren. Systemet letar efter fel i initieringen innan start. Ett exempel på förbjudna värden 

är om antalet detekterande kanaler är större än 12 eller om en alltför kort refraktärperiod valts. 

Antalet ”kompilerings fel” returneras till användaren. Därefter följer alla kanalers nuvarande 

status. I test programmet anropar mastern alla slavar för att se vilka slavar som svarar. Om 

alla slavar svarar skickas antingen 01 hex eller 00 hex som svar. En etta betyder att kanalen 

valts som detekterande. En nolla betyder att kanalen antingen valts att inte användas alls eller 

är enbart stimulerande. I de fall då en slav inte svarar returneras antingen 09 hex eller 08 hex. 

66

9 betyder att slaven valts som detekterande utan att svara på masterns anrop och 8 innebär att 

kanalen inte valts som detekterande. 

• [bap][bap][3][number of commandbytes+13] [time msb][time…][time…][time lsb] 

• [number of errors][AD1 status][osv…][AD12 status][CByte1][CB2][…osv][CB n] 

Slutligen följer alla kommandobytes. Det bör påpekas att de kommandobytes som sänds 

tillbaka inte nödvändigtvis är samma som skickats. Om ett förbjudet värde valts ändrar 

systemet på eget initiativ detta till det lägsta/högsta tillåtna. Om en kanal som valts som 

detekterande eller stimulerande inte svarar plockas denna automatiskt bort. Om en kanal 

svarar men havererar under körning tas denna även här bort men med skillnaden att alla 

mätvärden sätts till 0. Detta för att den inbördes ordningen inte skall bli felaktigt förskjuten. 

Exempel på kommandosvar: 

00 01 01 08 08 08 08 08 08 08 08 08 01 A011A021A121M2X 

Antalet fel som upptäckts är noll, kanal 1, 2 och 12 har valts som detekterande och svarar alla 

övriga kanaler är inte anslutna eller svarar inte. En sammanfattning av de olika datapaketens 

uppbyggnad återfinns i tabell 6.3. 

Header - [FF][FF][message type][number of data bytes][time msb][time.][time.][time lsb] 

Message type1 - [AD1][AD1][diff 1][diff 2]…[ADn][ADn][diff n][diff n][FF][FF] 

Message type2 - [trig type][channel number][FF][FF] 

Message type3 - [number of errors][AD1 status]…[AD12 status][CB1]…[CB n][FF][FF] 

Tabell 6.3 Sammanställning av protokoll för dataöverföring till stationär dator 

6.7.4 Processorbelastning 

Mellan Slav C504 – Master C165 sker kommunikationen med hjälp av ett 9-bitars (asynkron) 

UART. Varje slav i systemet har ett nytt mätvärde redo varje ms då AD-omvandlaren 

aktiverats. Detta betyder att huvudprocessorn måste hämta och behandla maximalt 12 

mätvärden varje ms. 1 ms/12 => 83 µs. Master C165 måste alltså kunna hämta, behandla och 

skicka vidare detta mätvärde inom 83 µs. Kommunikationshastigheten är 625 k bit/sek vilket 

ger en överföringshastighet på optimalt 17 µs/byte. Två byte överförs för varje mätvärde men 

under denna tid kan processorn arbeta med att behandla redan inhämtade mätvärden. 

Interruptrutinen för att spara nya mätvärden tar ca 10 µs/byte. Mätningar har visat att ca 75 µs 

behövs från det att ”skicka data” kommandot skickats till dess att två byte sparats och 

behandlats. Detta betyder att ca 100 µs återstår för att utvärdera vilket eventuellt 

motkommando som ska skickas. Sammanfattningsvis kan sägas att processorbelastningen är 

relativt hög för Master C165. Belastningen kan minskas genom att programmet optimeras 

ytterligare, slaven kan även utföra en större andel databehandling samt komprimera 

mätvärden till en byte (om det skulle behövas). 

67

Slavarna i systemet har en typisk processor belastning runt 30 – 40 %. En intern systemklocka 

går med en period på 250 µs. Då räknaren slår runt startas en ny AD-omvandling. Rutinen för 

timerinterruptet tar 10 µs, en AD-omvandling tar ca 10 µs att genomföra + ca 40 µs för ADomvandlarens 

interruptrutin samt databehandling vilket sammanlagt ger ungefär 60 µs. Varje 

ms förväntas dessutom en förfrågan om ett nytt mätvärde (10 µs per byte med 17 µs 

mellanrum). Systemtimingen är dock utformad så att det skall vara omöjligt för slavens 

interruptrutiner att krocka, om detta ändå skulle inträffa finns det utrymme för en del 

förseningar i systemet. 

6.8 Utvecklingsmiljö 

6.8.1 Mjukvara 

Programkoden hos de båda huvudprocessorerna har utvecklats i C. Utvecklingsverktyget 

Tasking EDE C166 har används för utveckling och debugging. Tasking är ett komplett 

utvecklingspaket som innehåller c-kompilator, assembler och länkare. För flashning av 

programminnet användes FlashTools3. 

Programkoden för slavarna har utvecklats i assembler. Anledningen till att C-språket inte 

användes även här är att ingen lämplig utvecklingsmiljö hittats. Assembler kan vara 

fördelaktigt då man eftersträvar att vissa rutiner ska vara mycket snabba. Koden i assembler 

kan därför göras effektivare. Assembler-programmering kan dock vara mer tidskrävande men 

då slavprogrammet förutsattes vara mindre omfattande valdes detta alternativ. 

Textbehandlingsprogrammet UltraEdit användes för utveckling av assemblerkoden. 

Nedladdning av programminne till microMODUL-8051 utfördes med FlashTools98. Innan 

flashning är möjlig måste programkoden länkas och omvandlas till hexadicimal form. Detta 

görs med programmet Tombocomb. 

6.8.2 Utvecklingsplattform 

En utvecklingsplattform från Phytec användes vid utveckling av både huvudprogram och 

slavprogram. Plattformen är hårdvarumässigt identisk för både C504 och C165. Den enda 

skillnaden är att jumperkonfigurationen är annorlunda för att de olika processorerna ska 

fungera. Plattformen kallas microMODUL-C165 för C165 processorn och microMODUL- 

8051 för C504. Jumperkonfigurationen framgår i respektive manual (se Hardware-Manual 

microMODUL-8051 samt microMODUL-C165). I den slutgiltiga konstruktionen har ett 

skräddarsytt kretskort utvecklats för slavprocessorerna men för de båda huvudprocessorerna 

har utvecklingskortet från Phytec monterats direkt på plats. 

Figur 6.8 a Egenutvecklat kretskort till slavprocessorn Figur 6.8 b Utvecklingskort från Phytec samt slavkort 

68

7. Riskanalys och riskhantering 

Innan en medicinteknisk produkt kommer ut på marknaden måste den uppfylla SFS 1193:584, 

Lagen om medicintekniska produkter, samt socialstyrelsens regelverk för medicintekniska 

produkter, vilket bland annat innebär att de måste genomgå en riskanalys. Detta sker för att 

säkerställa att ”biverkningar och följdtillstånd skall vara acceptabla i förhållande till 

produktens avsedda ändamål.” 45 Bland kraven på medicintekniska produkter står det bland 

annat att produkten är lämplig om den ”tillgodoser höga krav på skydd för liv, personlig 

säkerhet och hälsa hos patienter, användare och andra”. 46 Att detta är uppfyllt skall härmed 

bevisas, och en så opartisk bild som möjligt skall tas fram. 

För att medicintekniska produkter skall godkännas måste de genomgå en riskanalys enligt 

EN 1441 och EN ISO 14971. Den genomgång av utrustning som görs här följer den 

identifikation som medföljer EN 1441 för att upptäcka eventuella risker med systemet. 

7.1 Identifiering enligt EN 1441 

3.2 

a) De avsedda användarna är thoraxkirurgerna på thoraxkliniken vid Karolinska 

Universitetssjukhuset Huddinge. 

b) Utrustningen kommer att vara i direkt kontakt med patientens epikardie, under en 

uppskattad tid av maximalt en timme per användning och patient. 

c) De ytor som är i kontakt med hjärtat är tillverkade av rostfritt stål (SS-2346) och 

slangen fram till dessa gjord i silikon. Båda dessa material anses vara biokompatibla 

under den tid som försöken kommer att pågå. 

d) Den energi som levereras till patienten består av elektrisk energi, maximalt 0.5mJ 

under en puls. (D.v.s. totalt cirka 0.04J/minut) Den levererade energin regleras av 

Siemens C504. Skulle denna fastna i en programslinga under en pågående stimulering 

levereras maximalt 10mJ innan kondensatorerna laddats ur. 

e) Vid försök avges inga ämnen till patienten, men en viss del extra-cellulär vätska och 

blod kan sugas upp av elektroderna. Uppskattningsvis cirka åtta milliliter per elektrod 

och användningstillfälle. 

f) Biologiskt material behandlas ej av produkten. 

g) Systemet är avsett för flergångsanvändning och levereras osterilt. Elektroderna diskas 

efter varje användning och steriliseras sedan med hjälp av Johnson & Johnsons Sterrad 

100 S, med en så kallad booster kopplad på elektrodens Luer-kontakt. 

h) Produkten är ej avsedd för att påverka patientens miljö. 

i) De mätningar som görs är mätningar av hjärtats elektriska aktivitet på förmaket. 

Denna mäts upp med en noggrannhet på 0.1 mV och samplas med 1000 - 2000 Hz. 

j) Utrustningen tar beslut med bakgrund av den data som inhämtas. Beslut om eventuell 

stimulering fattas av huvudprocessorn (Siemens C165). 

k) Systemet kommer med största sannolikhet att användas tillsammans med läkemedlet 

Heparin för att undvika koagulering på epikardiet, samt eventuellt samverka med en 

eller flera externa pacemakers (Siemens Pacesetter, Dual-Chamber, DDD, temporary 

cardiac pacemaker). Med dessa produkter finns det inga kända och högst sannolikt 

inga möjliga samverkansproblem. 

45 Regelverket för medicintekniska produkter, SOS 2001-11-22, Arne Hernsten Pettersen 

46 Lagen om medicintekniska produkter, §5, SFS 1993:584 

69

l) Den oönskade energi som kan avges består av: 

• Läckströmmar: minimeras genom att alla elektroder är galvaniskt åtskiljda. 

• Buller: avges från pumpen, dock endast en låg nivå. 

m) Utrustningen är inte känslig för de omgivningsstörningar som normalt finns i en 

operationssal. Det enda som krävs av omgivningen är tre stycken jordade 230 volts 

uttag. 

n) Det tillbehör som krävs är en vakuumpump som klarar att leverera ett undertryck på 

0.3 bar, samt en vätskeavskiljare som kopplas in i systemet. 

o) Det enda periodiska underhåll som krävs är sköljning/genomsugning av elektroder 

efter varje användning och sedan sterilisering inför nästa användande. 

p) Utrustningen innehåller installerad mjukvara vid leveransen. Denna får endast 

modifieras och bytas av utbildad personal. 

q) Utrustningen har ingen begränsad lagringshållbarhet. 

r) Den enda påverkan som kan ske vid långtidsanvändning (mer än två timmar i sträck) 

är att sugmärken samt koaguleringen på epikardiet kan förvärras. De ergonomiska 

effekterna löses genom utrustningens uppbyggande. 

s) De mekaniska krafter som påverkar utrustningen är enbart sådana som kontrolleras av 

användaren. 

t) Utrustningens livslängd begränsas av användarens försiktighet, samt av eventuellt 

slitage på infästningen av slangen vid elektrodhuvudet. 

u) Utrustningen är avsedd för flergångsanvändning. 

7.2 Tillägg enligt ISO 14971 

Ovanstående uppgifter i EN 1441 är i princip helt identiska med ”Utredning av produktens 

egenskaper” enligt ISO 14971, A.2.1 till A.2.23. Sedan tillkommer ytterliggare åtta punkter i 

ISO-certifieringen som tas upp nedan. 

A.2.25 Produkten och installationen av den kräver en viss träning av den användande 

personalen. Denna träning kommer dock att uppnås innan arbetet avslutas. 

A.2.26. Några nya tillverkningsprocesser behöver ej etableras. 

A.2.27.1 De kopplingar som används till produkten är satta så att felaktig 

sammankoppling ej skall kunna ske. Till exempel används en kabel mellan 

kretskortslådan och elektrodpanelen som inte kan anslutas fel. För att undvika en 

eventuell felanslutning använder vi oss av två hon-kontakter för att endast den hanehane-kabel 

som medföljer utrustning skall kunna användas. För att ytterliggare minska 

risker för förväxling kommer denna datakabel att sättas samman med slangen till 

vakuumsystemet. Till vakuumsystemet används standardiserade Luer-kontakter, som 

personalen är van vid att använda, och vid ett eventuellt fel på dessa detaljer är de lätta 

att byta. 

A.2.27.2 Det kontrollgränssnitt som systemet använder sig av är uppbyggt på ett enkelt 

och logiskt sätt och alla parametrar har godkända maxvärden. Detta för att inte 

användaren av misstag t.ex. skall kunna leverea för höga eller långa impulser och 

spänningar till patienten. 

70

A.2.27.3 Den typ av informationsdisplay som kommer att användas är skärmen till den PC 

som används för lagring av data från systemet. Denna anses vara väl synlig i olika 

situationer och uppvisandet av naturligt EKG på denna görs på väl valt sätt för 

maximal enkelhet i avläsandet. De lysdioder på kretskortslådan som används för att 

påvisa respektive elektrods funktion och aktivitet följer gällande standard. Grön diod 

indikerar normal användning och att elektroden har kontakt och fungerar som den 

skall (AD-omvandlar). Gul diod indikerar att slavprocessorn är igång, men arbetar inte 

(väntar på kommando från mastern). Den röda dioden blinkar när impulser levereras 

till hjärtat. 

A.2.27.4 Någon form av meny används inte för att styra produkten. 

A.2.28 Utrustningen skall vara flyttbar mellan olika institutioner och operationssalar och 

kommer därför att levereras i lämpligt bärbart format. Detta innebär att all utrustning 

förvaras och transporteras i två väskor innehållande all erforderlig utrustning. De rörliga 

delarna anses väl klara de krav som ställs på den, med avseende på den mekaniska 

hållfastheten och stabiliteten i utrustningen. 

7.3 Accepterandet av risker 

När en ny forskningsutrustning tas fram är många av riskerna okända och vetskapen om vilka 

konsekvenser som kan uppstå är osäker. Vid tillfällen då slutsatser inte kan dras av tidigare 

statistik kan ALARA-principen (As Low As Reasonalby Achievable) utnyttjas 47 . Detta 

innebär att vissa risker måste accepteras, men dock att de skall vara så låga som möjligt. 

Därför kommer en del risker att accepteras, dock inte utan att de övervägts noga och om dem 

kunnat undvikas har detta gjort i samband med utveckling av produkten. Under 

produktutvecklingen har det hela tiden legat en tanke om säkerhet med vid alla beslut.Till 

exempel har lett till att redundans (d.v.s. två oberoende säkerhetssystem) finns med i de 

områden där vätska skulle kunna komma i kontakt med elektriskt ledande detaljer. Detta 

innebär att den inneboende säkerheten i form av naturlagarna gör så att vätska rinner nedåt 

(därför är vätskesystemet placerat lägre än det elektriska) samtidigt som en barriär i form av 

inneslutning av krympslang omger alla elektriska kontakter. Detta för att inte vätska skall 

komma i kontakt med de elektriska kontakterna. Acceptansen av de risker som fortfarande 

finns i samband med användandet av utrustningen ställs naturligtvis även i förhållande till de 

fördelar som förhoppnings påvisas genom utrustningens användande. Då utsätts nämligen 

färre personer för utökade risker i form av stora ingrep, som målet med utrustningen är till för 

att minska användandet av. 

47 Risker i tekniska system, kap. 14, s. 18 

71

7.4 Felträdsanalys 

För att kunna bedöma de risker som kan tänkas uppstå behandlas dessa i en så kallad 

felträdsanalys. Denna går ut på att eventuella risker sätts upp och möjliga orsaker, 

konsekvenser och åtgärder diskuteras. 

Risk: Orsak: Konsekvens:* Acceptansnivå: Åtgärd: 

Höga spänningar Elektriska överslag Skador på epikardiet. 2 eller 3 B Mycket låg. Elektriska säkringar 

till patienten (> 10 V) Processorfel Galvanisk isolering 

från omvärlden. 

Måttligt höga spänningar Processorfel Tröskelvärdet höjs. 1 ES Hög. Galvanisk isolering av 

till patienten (< 10 V) Elektronikfel alla elektroder. 

För lång impuls (> 2 s) Processor hängt sig Hjärtstillestånd 4 B Mycket låg. Löses genom att 

72 

kondensatorer laddas 

ur snabbt (200 ms). 

Avsaknad av Kabelbrott Avsaknad av stimulering Låg. Noggrann tillverkning och 

spänningar till patienten till patienten, flimmer väl vald kabeltyp. 

kvarstår. 1 ES 

Elektrodhuvud släpper Lim lösts upp Elektroden kan lossna, Låg. Noggrann tillverkning och 

från slangen. hänger dock kvar i använd lämpligt lim. 

lödningar 1 ES 

Elektroden lossnar Stopp i slang Kan fastna och Måttligt hög. 

från epikardiet. Hål på slangen stimulera fel område 2 Ö 

För lågt undertryck 

Klämrisk i stativ Belastning av stativet Klämskador på personal 2 Ö Måttligt hög Informera i bruksanvisning 

Överslag Vätska bland Elektronikfel, läckström. 3 B Mycket låg. Inneslutning och 

elektronik redundans med 

naturlagarna. 

* (i värsta fall) 

Grad av skada: Tidsförlopp: 

1=ingen skada Ö=övergående 

2=lätt skada B=bestående 

3=svår skada I=invalidiserande 

4=Död ES=ej specificerat

7.5 Riskhantering 

För att minimera de risker som kommit fram i felträdsanalysen skall nu de risker som kommit 

fram och de åtgärder som tagits diskuteras. 

• För att inte allt för höga spänningar skall levereras till patienten är alla elektroder 

galvaniskt isolerade från varandra och omvärlden genom optokopplare som sköter 

kommunikationen. 

• Om en slavprocessor skulle fastna i en programslinga under pågående stimulering skulle 

det kunna leda till ett hjärtstillestånd. Detta förhindras genom att de kondensatorer som 

används för stimulering blir urladdade efter 200 ms. 

• Att en stimulering uteblir innebär inte någon risk för patienten eller användaren utan kan 

närmast ses som utgångsläget. Däremot erhålls inte den forskningsdata som önskas, samt 

att patientens förmaksarytmi fortsätter. För att undvika detta görs alla lödningar i 

monteringen väldigt noggrant samt i väl valda material. 

• Om slangen skulle lossna från sin infästning i elektrodhuvudet lossnar även elektroden 

från epikardiet. Dock ramlar inte elektrodhuvudet helt loss, utan kommer att hänga kvar i 

de två ledarna. 

• Att elektroden eventuellt lossnar från epikardiet kan bero på flera saker, dock alla med 

samma bakgrund, för lågt undertryck i slangen. Detta kan uppstå om det blir stopp i eller 

hål på slangen, samt om vakuumpumpen av någon anledning inte klarar av att leverera det 

undertryck som den borde. Risken att det skulle bli stopp i slangen anses som mycket liten 

eftersom djurförsök visar att endast en väldigt liten mängd vätska sugs upp i varje 

elektrod, och denna vätska från epikardiet är lättflytande och utan klumpar. Valet av en 

seg och tålig slang i silikon minimerar risken för att det skall gå hål på slangen. Om 

pumpen inte klarar av att leverera de 0.3bar undertryck som krävs för att fästa alla 

elektroder, får antalet elektroder minskas tills det undertryck som krävs i varje elektrod 

uppnås. 

• Det stativ som används för att hålla uppe anslutningspanelen där elektroderna ansluts kan 

vid påverkan av yttre krafter klämma eventuell personal som finns i omedelbar närhet av 

stativet. Dock är risken väldigt liten och skadorna som kan uppstå små. Därmed uppväger 

nyttan med stativet de risker som det innebär att använda det. 

• Att ett överslag bland elektroniken skall levereras vidare till patienten ses som absolut 

förbjudet. Därför är elektroderna galvaniskt skiljda från varandra (enligt tidigare) och i 

elektrodernas anslutningspanel är elektroniken placerad ovanför vakuumsystemet och 

inkapslat med krympslang. Att vakuumsystemet är placerat under elektroniken innebär att 

om det skulle läcka vätska där ser naturlagarna till att inte vätskan når elektroniken. 

73

8. Tester 

8.1 Undersökning av restpolarisation mellan elektroder 

8.1.1 Utförande 

För att undersöka vilket material som elektrodspetsen ska tillverkas i utfördes en enkel 

laboration. Det är viktigt att den kvarvarande polarisationsspänningen (Up) mellan 

elektroderna inte är för stor efter en elektrisk puls (Up < 1 [V]). Grundhypotesen är att 

rostfritt stål har tillräckliga egenskaper för att leda signalerna till hjärtvävnaden. Rostfritt stål 

uppfyller dessutom kravet att materialet inte får reagera med omkringliggande vävnader. 

Olika storlek på kontaktytan testades till elektrodspetsen, 3mm 2 , 7mm 2 och 13mm 2 (rostfritt). 

Som referens testades även guld som elektrodmaterial med kontaktytan 12mm 2 . Guld borde 

ha bättre ledningsförmåga men är kostsamt. Målet med studien är således att verifiera att 

rostfritt stål kan användas som elektrodmaterial. 

En 9 % lösning av NaCl fungerade som simulering av kroppens vävnader. Lösningen ansågs 

ha samma elektrokemiska egenskaper som den mänskliga kroppen. Elektroder av rostfritt stål 

med de angivna dimensionerna tillverkades samt en motelektrod i rostfritt stål med >> 

kontaktyta. En enkel krets innehållande en transistor, ett motstånd samt en kondensator 

fungerade som triggerkrets för att generera en elektrisk puls. En pulsgenerator kopplades in 

med periodtiden 1 Hz och pulsbredden 0,5 ms. Polarisationsspänningen mättes omedelbart 

efter pulsen, efter 1 ms och efter 5 ms. Mätningarna utfördes med ett digitalt oscilloskop. 

Matningsspänningen (Um) till kretsen sattes till 10V (se figur 8.1). 

20 kΩ 

Pulsgenerator 

- + 

+10 

47 µF 

NPNtransistor 

47 Ω 

Figur 8.1 Kretsschema för laborationsutrustning 

8.1.2 Resultat 

Mätningarna visar att större kontaktyta ger lägre restpolarisation. Den totala polarisationen är 

dock låg i alla mätproverna och efter 5 ms återstår endast en låg resterande spänning. 

Mätprovet innehållande guld visade sig ha bättre egenskaper med avseende på kvarvarande 

restpolarisation. Vår bedömning är dock att resultatet inte är avsevärt mycket bättre för att 

motivera användning av guld som elektrodmaterial. Rostfritt stål bedöms att ha tillräckligt 

goda egenskaper. Kontaktytan bör dock inte vara för liten. Om det anses nödvändigt kan en 

kontaktyta mindre än 3 mm 2 användas, men då bör fler tester utföras för att säkerställa att 

kravet på låg restpolarisation kan vidhållas. Mätresultaten redovisas i tabellform på nästa sida 

(se tabell 8.1 nedan). 

74 

Mätpunkt 

Katod 

Anod

Elektrodyta 

(mm 2 ) 

Material Puls tid. 

(ms) 

Totalpolarisation 

(V) 

75 

Rest. pol. (V) 

efter: 

1 ms 5 ms 

12,6 Rostfritt 0,5 1,0 0,8 0,6 

7,1 Rostfritt 0,5 1,2 1,0 0,8 

3,1 Rostfritt 0,5 1,2 1,0 0,7 

12,0 Guld 0,5 0,8 0,6 0,3 

Tabell 8.1 Restpolarisation mellan elektroder vid en elektrisk puls 

8.2 Datainsamling vid djurförsök 

Försöket utfördes på en gris. Grisen vägde 36 kg och var lugn vid nedsövandet. 

8.2.1 Datainsamling 

Uppställning 

Insamlingsutrustningen bestod av följande: 

• elektroder, 1st bipolär, 2st monopolära 

• 2st högpassfilter med tidskonstanten 1s 

• laptop med DAQ-kort National Instruments DAQCard-1200 

• kopplingsplint med bandkabel 

• labbkabel 

• vakuumpump och vätskeavskiljare 

Elektroder som skulle användas var kopplade till vakuumutrustningen för fastsättning på 

förmaket. Två datainsamlingar gjordes, en med två monopolära elektroder och en med en 

bipolär elektrod. Ledarna från inkopplad -e elektrod -er passerade var sitt högpassfilter och 

anslöt därefter till kopplingsplintens ingångar Analog Channel 0 och 1. En labbkabel 

användes som ledare för gemensam jord och sammanlänkade vävnad nära hjärtat med 

plintens Analog Ground. 

Genomförande 

Mätningarna gjordes med differentiell koppling mellan ledarna, samt med 100x 

signalförstärkning. Samplingshastigheten var 5000Hz och data spelades in under ca 12s för 

respektive elektrodkoppling. Detta genererade alltså ca 60000 mätvärden per insamling. 

DAQ-kortet som användes tillåter (med 100x förstärkning) inspänningar mellan –50mV och 

+50mV, med upplösningen –2048 bitar till +2047 bitar. Detta ger en LSB (Least Significant 

Bit) på drygt 0,02mV.

Figur 8.2 Samtliga insamlad data med monopolära respektive bipolär elektrod. 

Brusnivån under inspelning var låg, mindre än 1 % av största amplituder. Med 2st 

monopolära elektroder låg totala amplituden på ca 800 bitar, vilket motsvarar 16mV. Med 

1st bipolär elektrod var totalamplituden ca 400 bitar, 8mV. 

8.2.2 Resultat 

Både monopolära elektroder och bipolär elektrod detekterade tydliga pulsslag med en 

amplitud klart överstigande omgivande brus. De monopolära gav störst utslag, ca 2x bipolär, 

beroende på det större avståndet mellan anod och katod. Mätningar gjordes anbart på en 

position på förmaket, men nivåerna kan antas vara i stort sett samma över hela förmaket. 

Möjligtvis kan amplituden minska något med ökande avstånd från retledningarna främre, 

mellersta, bakre och Bachmanns bana, samtidigt bör amplituden öka med ökande 

väggtjocklek på förmaket. Dessa nivåer är klart tillräckliga att detektera med slavprocessorns 

AD-omvandlare efter filtrering och förstärkning. 

Figur 8.3 Ett pulsslag registrerat med monopolära respektive bipolär elektrod. 

76

8.3 Elektrodernas funktion under djurförsök 

8.3.1 Elektrodernas funktion 

Under försökets gång fungerade elektroderna ypperligt. Endast vid ett specifikt tillfälle 

lossnade en elektrod (se vidare under nackdelar) och under normal användning lossnade inte 

någon elektrod. Detta trots att de placerades bland mycket vätska och på platser som rörde sig 

kraftigt. Vid placering på kammaren rör sig hjärtat uppskattningsvis 2 cm med en frekvens på 

upp till 120 slag per minut. När tröskelvärden för våra elektroder uppmättes användes 

pulsgenerering upp till 140 slag per minut och elektroderna visade då ingen tendens till att 

släppa. 

Kirurgerna bestämde sig för att under övriga försök ersätta de traditionella suturelektroderna 

med de nya och var mycket imponerade av dess egenskaper, enkla att applicera, flytta och ta 

bort samt att de dessutom orsakade minimalt med skador på hjärtat. Uppskattningsvis 

minskades den tid som i normala fall används till att sy fast, lossa och flytta elektroder med 

fem minuter per elektrod 48 , vilket sker vid cirka tjugo tillfällen under en försöksdag. Detta 

leder till en minskning av försökstiden med drygt en och en halv timme. Dessutom skapar inte 

de elektroder vi tagit fram några som helst sår och blödningar på hjärtat som de ordinära 

sutur- och skruvelektroderna framkallar. 

Endast vid ett tillfälle lossnade elektroden från epikardiet. Detta skedde när en bipolär 

elektrod var fastsatt långt ut på höger sida av höger kammare nära den omgivande 

muskulaturen och brösthakarna. Detta ledde till att elektrodens ovandel påverkades av 

omgivningen och därmed lossnade, det var dock väldigt enkelt för kirurgen att få elektroden 

på plats igen. 

Användandet av elektroderna leder till att en del blod koagulerar runt omkring dem som följd 

av den uttorkning som sker intill elektroden samt att sugmärken bildas på grund av 

undertrycket som håller dem fast vid epikardiet (figur 8.4). Detta är dock enligt kirurgerna 

inga som helst problem eftersom det koagulerade blodet bara är att torka bort och sugmärkena 

försvinner inom 10-15 minuter. Koaguleringen på epikardiet skulle eventuellt kunna undvikas 

genom att doppa elektroder i Heparin-lösning innan de appliceras på epikardiet. Framför allt 

är de skonsamma jämfört med sutur- och skruvelektroder. Som jämförelse kan den 

flödesmätare från Vingmed nämnas som används för att mäta flödet i kranskärlen. Den nyps 

fast kring valfritt kranskärl och kan anses ge liknande skador som en sutur- eller 

skruvelektrod skulle göra. Mätaren lämnade betydligt kraftigare märken efter sig än vad våra 

elektroder gjorde (figur 8.5). 

48 Enligt samtal med Öl Jan van der Linden. 

Figur 8.4. Koagulerat blod på epikardiet. 

77

2 

Figur 8.5. Sugmärken (1) på kammaren jämfört med 

nypmärken (2) från Vingmeds flödesmätare. 

8.3.2 Tröskelvärdesmätning 

För att uppmäta vilken spänning som krävs för att våra elektroder skall ta över hjärtats 

spontana aktivitet fästs elektroderna på önskad plats, den externa pacemakern ställs in på en 

hög fast frekvens (120 – 140 slag per minut). Sedan varieras den utmatade spänningen så att 

det med hjälp av fristående EKG kan avgöras när pacemakern tar över den spontana 

aktiviteten. I vårt fall blev tröskelvärdet 0.6 V för de bi- och monopolära elektroderna med tre 

millimeters kontaktyta i mitten och för de monopolära med två millimeters kontaktyta blev 

tröskelvärdet 0.9 V. Detta tröskelvärde uppmättes när elektroderna placerades på höger 

förmaksöra eftersom det var det område som fanns tillgängligt och är ett av de områden som 

vi är intresserade av. 

8.3.3 Detektering 

Vid försökens slut provade vi också att detektera hjärtats spontana aktivitet med hjälp av både 

mono- och bipolära elektroder. Detta visade sig fungera över förväntan och resultatet blev 

förvånansvärt bra. Två monopolära elektroder gav ungefär dubbelt så stort utslag (ca 16 mV) 

jämfört med en bipolär elektrod (ca 8 mV). Detta beror på att det är ett större avstånd mellan 

kontaktytorna när två olika elektroder används. Den bipolära gav dock också ett väldigt gott 

resultat där ett tydligt förmaks-EKG kunde utläsas och det omgivande bruset var mindre än 1 

% av utslaget. De bipolära elektroderna anses ge ett bättre resultat vad gäller detektering 

eftersom avståndet mellan de olika kontaktpunkterna alltid är konstant, vilket leder till att 

mätningarna blir väldigt exakta och jämförbara. 

78 

1

Figur 8.6 Förmaks-EKG inspelat under tre sekunder med monopolär respektive bipolär elektrod. 

8.3.4 Erfarenheter 

Erfarenheterna från operationssalen lärde oss att vi för denna typ av försök bör ha längre 

slangar, samt möjlighet att kunna hantera den externa pacemakern närmare elektroderna i 

stället för nära vakuumpumpen som systemet nu är byggt. Detta eftersom pacemakern styrs av 

kirurgen och därmed vanligtvis är placerad på patientens buk. Notera dock att denna 

uppbyggnad enbart är önskad för liknande försökssystem och inte för det slutgiltiga systemet 

där styrning av elektroder och vakuumsystemet är sammankopplat. 

Elektrod 

Elektrod 

Befintligt system: 

Önskat försökssystem: 

Extern pacemaker 

Figur 8.7 Jämförelse mellan befintligt och önskat försökssystem. 

79 

Extern pacemaker 

Vakuumpump 

Vakuumpump

Figur 8.8 Ett spontant slag detekterat med en bipolär elektrod 

8.4 Tolkning av förmaks-EKG 

När en eller flera elektroder fäst på förmaket fås ett annat utseende på EKG-kurvan jämfört 

med det EKG som avbildas vid yt-EKG på kammaren. Förmakets EKG visar P-vågen 

betydligt kraftigare eftersom det utspelas på förmaket och QRS-komplexet samt T-vågen får 

en lägre amplitud än på ett kammar-EKG. 

P-våg 

Figur 8.9 Inspelat förmaks-EKG 

80 

QRS-komplex 

T-våg

Att utröna vilka av de olika områdena som är vilka görs genom att avläsa avstånden mellan 

dem på tidsaxeln. Då visar det sig att QRS-komplexet uppstår drygt 100 ms efter P-vågen och 

T-vågen påbörjas 150 ms efter QRS-komplexet, vilket stämmer överens med teorin bakom 

uppbyggnaden av EKG. 49 

Kunskapen om att det är det område som markerats som QRS-komplexet utgörs av att det 

vanligen har en durationstid på 70 – 100 ms och enligt inspelad data är detta område i 

ovanstående bild 35 ms. 

Teoretisk signalmätning 

De amplituder som kan mätas uppstår då en polarisationsvåg sprids över hjärtat och 

differensen mellan anod och katod skapar det utslag som önskas mäta. 

Figur 8.10 Polarisationsvåg som sprids över hjärtmuskulaturen. 

Differensen kan då förklaras genom att skillnaden mellan katod och anod beräknas och plottas 

på skärmen. I läge ett har polarisationsvågen precis nått fram till anoden som då får 

potentialen 20mV. Katoden har dock ännu inte kunnat registrera någon aktivitet och har 

därför fortfarande potentialen 0mV. Detta ger att potentialen i läge ett är -20mV. I läge två har 

polarisationsvågen (20 mV) nått både anoden och katoden vilket leder till att differensen blir 

noll. Sista läget innebär att polarisationsvågen når katoden igen och över anoden brer 

platåfasen ut sig. Differensen blir i detta läge -10mV. 

49 Medicin och teknik, s. 202 

81

9. Framtida utveckling 

9.1 Elektronik 

Hårdvaran och elektroniken uppfyller kraven och utför det arbete de var tänkta att klara av. 

Dock kan vissa delar förbättras ytterligare om en ny version av pacemakern ska tillverkas. Här 

nämns tre områden som skulle kunna omarbetas eller förbättras. 

Kommunikationsbussen 

Optokopplarna som använts har en så kallad öppen kollektor-utgång. Det visade sig efter 

konstruktion att denna är designad att sänka spänningen på en kommunikationsbuss till låg 

nivå mycket snabbt vid tillslag, för att låta spänningen stiga till hög nivå igen när ingen 

insignal fås. Så har optokopplarna inte använts nu. Den nuvarande designen är fullt 

fungerande, men möjligtvis skulle en annan design kunna minska antalet komponenter i 

kommunikationskretsen på slavkorten. 

Konfigurering av slavkorten 

De jumpers som nu bestämmer konfigureringen av slavkorten löser uppgiften, men för att 

ändra dessa måste varje kort tas ur och sättas tillbaka i pacemakern. Detta skulle kanske 

kunna lösas på ett lämpligare sätt, utan att förlora säkerheten i systemet. 

Slavkortens anslutning till moderkortet 

När slavkorten designades var det tänkt att moderkortet skulle baseras på ett så kallat labkort, 

ett kort med ett antal parallella kopparbanor som konstruktören får kapa och kortsluta för att 

få önskad funktion. Av denna anledning fick slavkorten en bred elektrodanslutning mot 

moderkortet, där varje slavkort skulle ha individuell placering av kontakten. När det senare 

bestämdes att även moderkortet skulle beställas var slavkorten redan tillverkade och 

anslutningen ser därför märklig ut. Vid en nytillverkning av slavkort kan detta fel rättas till. 

9.2 Mjukvara 

Den grundläggande plattformen för systemet är utvecklad från omvandling av hjärtats analoga 

signal till avslutande data behandling och analys. Slavarna kan operera självständigt och 

samtidigt styras med en rad kommandon från masterprocessorn. Mätdata skickas organiserade 

i strukturerade datapaket om varierande längd tillbaka till en stationär dator. Systemet är 

flexibelt och användaren kan utnyttja en mängd olika konfigurationer för att prova sig fram 

till den optimala uppställningen. Antalet detekterande och stimulerande kanaler kan väljas 

valfritt. Olika systemparametrar kan varieras, till exempel känsligheten hos de kanaler som 

skall vara detekterande eller stimulationspulsens längd och styrka. 

En tänkbar vidareutveckling av programvaran är att införa nya mer avancerade 

beslutsalgoritmer. Idag finns tre olika operationsmoder vilka kan ses som ett första steg mot 

den slutgiltiga lösningen. Programvaran hos masterC165 och slavC165 är 

omprogrammeringsbar vilket gör införandet av ny programkod enkel. Slavarn är som bekant 

inte omprogrammeringsbara, en förändring av slavens arbetssätt leder då till att den gamla 

processorn måste tas bort och ersättas av en ny. Detta är naturligtvis möjligt men 

tidskrävande. Slavarna har därför utformats för att vara mycket flexibla och de kan genom 

redan införda kommandon utföra de uppgifter som ansetts nödvändiga. Styrning och 

beslutsalgoritm avgörs av masterC165 varför omprogrammering av slaven bedömdes som 

överflödig med tanke på den stora mängd hårdvara som skulle behövas för att genomföra 

detta. Systemet hade då blivit betydligt dyrare och mer komplicerat att utveckla. 

83

Den andra biten som kan förbättras är vidareutveckling av användargränssnittet. Idag finns ett 

enkelt gränssnitt som kan användas för styrning av systemet. Visualisering och organisering 

av insamlade mätdata kan utvecklas ytterligare för att öka användarvänligheten särskilt om 

systemet är tänkt att användas av många personer som inte är insatta i bakomliggande logik. 

84

10. Resultat 

I det här projektet har en ny typ av komplett system för diagnostisering och behandling av 

förmaksarytmier tagits fram. Två olika typer av epikardieelektroder som sugs fast på 

förmakets yta har konstruerats och testats med mycket goda resultat. Systemet bedöms 

uppfylla de krav som ställs i el-standarden för medicinteknisk utrustning IEC-601-1 och en 

komplett riskanalys och riskhantering har gjorts. 

I kapitel 1.2 ställdes ett antal frågor upp som har besvarats i denna rapport. Frågorna var: 

o Kan flera elektroder anslutas till epikardiet med hjälp av vakuumteknik för att 

minimera yttre påverkan utan att anslutningssäkerheten äventyras? 

Ja! En ny typ av elektroder har utvecklats och framgångsrikt testats vid djurförsök. 

De visade sig ge betydligt mindre skador på epikardiet än en anslutning som 

penetrerar vävnaden, de sitter säkert på plats men kan ändå lätt flyttas eller tas loss 

om man så önskar. 

o Kan hjärtats aktivitet detekteras med ovan nämnda elektroder och användas för 

att diagnostisera förmaksarytmi? 

Ja! Elektroderna ger en mycket tillförlitlig signal av förmakets aktivitet, där 

amplituden på brus och störningar ligger ca 50 gånger lägre än amplituden på Pvågen. 

Denna signal behandlas och ligger till grund för systemets diagnostisering 

och presentation av förmakets beteende. 

o Klarar utrustningen de hygieniska och säkerhetsmässiga krav som ställs för att 

tillåta kliniska tester? 

Ja! Elektroderna kan steriliseras och användas flera gånger, medan resten av 

systemet enkelt kan rengöras om man så önskar för att omedelbart användas på en 

ny patient. Elektroniken är konstruerad för att uppfylla kraven i IEC-601-1 och en 

komplett riskanalys och riskhantering har gjorts. 

o Är det möjligt att skapa en ”elektrisk maze” för att behandla förmaksarytmi? 

Eftersom inga kliniska tester har gjorts under projektet kan inte den här frågan 

besvaras. Dock har ingenting som talar mot detta kommit fram under arbetet. 

Utrustningen bör kunna avhjälpa vissa typer av förmaksarytmi i sitt nuvarande 

utförande, och kommer med största säkerhet kunna göra det efter viss 

vidareutveckling, till exempel efter utveckling av nya mer avancerade 

beslutsalgoritmer. 

85

X. Referenser 

X.1 Litteratur 

Ståhl A, Bergfelt L, Hjärtrytmsrubbningar, Karolinska sjukhuset, 2001 

Lindgren A, Jansson S, Pacemakern och hjärtat, Siemens-Elema AB, Solna, 1992 

Olsson S.B. m.fl. Rapport från Socialstyrlesens kardiologiska expertgrupp, Gotab, 1997 

Schüller H, Fåhraeus T, Pacemaker electrocardiograms, Siemens-Elema, Solna 1993 

Kesek M, Pacing, Studentlitterartur, Lund, 2002 

Webster J.G. Design of Cardiac Pacemakers, IEEE Press, Wisconsin, USA, 1995 

Jacobson B, Medcin och teknik, Studentlitterartur, Lund, 1995 

Grimwall G, Risker i tekniska system, Utbildningsradions förlag, Stockholm, 1998 

X.2 Internet 

www.praktiskmedicin.se 

www.sjm.se ”Att förstå förmaksflimmer” 

www.ctsnet.org 

Loctite klister: 

http://www.loctite.se/pdf/Epoxy_swe.pdf , hämtat 2004-03-22 

Elfa, elektronikkomponenter: 

http://www.elfa.se/elfa/produkter/201687.htm , hämtat 2004-03-22 

http://www.medtronic.com/cardsurgery/products/lead_6500.html, hämtat 2004-03-XX 

86

X.3 Artiklar 

Tomczak C, Cook L, Haennel R.G. Pacing Therpies for Atrial Fibrillation, 

Univeristy of Regina, Regina, 2001 

Albåge A, m.fl. Maze-operation återställer sinusrytm, Läkartidningen volym 94, nummer 40, 

1997 

Yamada H, f.fl. Effects of coupled pacing on cadiac performance duiring acute atrial 

tachycardia and fibrillation: an old therapy revisited for a new reason 

Cleveland, USA, 2003, Am J Physiol Heart Circ.2003, volym 285, 

sida 2630-2638 

Israel C.W. m.fl. Atrial Pacing in the Prevention of Paroxysmal Atrial Fibrillation 

Frankfurt, Tyskland, 2000, PACE, 2000, volym 23, sida 1888-1890. 

Chiappini B, m.fl., Cox/Maze III operation versus radiofrequency ablation for the surgical 

treatment of atrial fibrillation: a comparative study, Bologna, Italien, 2003 

The Annals of Thoracic Surgery, volym 77, sida 87-92 

Kroll M, m.fl., Origin of Electrical Activation Within the Right Atrial and Left Ventricular 

Walls: Defferentation by Electrogram Characteristics Using the Noncontact 

Mapping System, Göttingen, Tyskland, 2003, PACE, 2003, volym 26, 

sida 1970-1978 

Lemery R, Bi-Atrial Mapping of Atrial Arrythmias, Ottowa, USA, 2002 

Cardiac Electrophysiology Review, 2002, volym 6, sida 378-382 

Deneke T, m.fl., Antiarrythmetics Surgery to Cure Atrial Fibrillation – Subgroups and 

Postoperative Management, Bochum, Tyskland, 2003 

Cardiac Electrophysiology Review, 2003, volym 7, sida 259-263 

Wyndham C, Atrial Fibrillation, the Most Common Arrythmia, Texas, USA, 2000 

Texas Heart Institute Journal, 2000, volym 27, sida 257-267 

Debrunner M, m.fl., Prevention of atrial fibrillation after cardiac valvular surgery by 

epicardial , biatrial synchronous pacing, Zürich, Svhweiz, 2003 

European Journal of Cardio-thoracic Surgery, 2004, volym 25, sida 16-20 

Miller J.M. m.fl. Atrial Fibrillation: What are the Targets for Intervention? 

Indiana, USA, 2002, Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology, 

2003, volym 9, sida 249-257 

Hurlé A, m.fl., Optimal Location for Temporary Epicardial Pacing Leads Following Open 

Heart Surgery, Alicante, Spanien, 2000, 

PACE, 2001, volym 25, sida 1049-1052 

87

Waldo AL, MacLean WAH, Cooper TB, et al, 1978, Use of temporarily placed epicardial 

atrial wire electrodes for the diagnosis and treatment of cardiac arrhythmias 

following open-heart surgery. (Sanjeev Saksena & Nora Goldschlager, 1990, 

electrical therapy for cardiac arrhythmias, s 116.) 

Waldo AL, Henthorne RW, 1980, Diagnosis and treatment of cardiac arrhythmias following 

open heart surgery: Emphasis on the use of atrial and ventricular Epicardial wire 

electrodes. (Sanjeev Saksena & Nora Goldschlager, 1990, Electrical therapy for 

cardiac arrhythmias, s 117.) 

88

Y. Bilagor 

Y.1 Kravspecifikation 

Kraven på utvecklat system är uppdelade i två kategorier: 

Skall: Ett absolut krav som skall uppfyllas. 

Bör: Bör uppfyllas, men kan försummas i brist av tid, vid ogenomförbarhet eller 

liknande. 

Y.1.1 Krav Hårdvara 

Skall: 

1. Elektroderna skall fästa på och ha elektrisk kontakt med hjärtat. 

2. Systemet skall tillåta att en eller flera elektroder lossnar från epikardiet, utan att 

påverka övriga elektroder. 

3. Elektroder inklusive dess anslutning bakåt skall uppfylla externa krav med avseende 

på hygien och material, för att få användas vid kliniska studier. 

4. Samtliga systemkomponenter skall uppfylla externa krav med avseende på 

strålningskänslighet och påverkan, för att få användas vid kliniska studier. 

5. Elektroderna skall kunna leda bort och avskilja vätska utan att det elektriska systemet 

påverkas. 

6. Elektroderna får inte vara i fysisk kontakt med annan spänningskälla än den som är 

avsedd för impulsgenerering 

Bör: 

1. Elektroderna bör vara konstruktionsmässigt inbördes identiska och utbytbara. 

Y.1.2 Krav Användargränssnitt 

Skall: 

1. Systemet skall aktiveras mha ett ON/OFF-reglage. 

2. Användargränssnittet skall kunna reglera undertrycket för fastsättning av elektroder. 

3. Varje elektrod skall ha en separat knapp för att på ett enkelt sätt kunna stängas av. 

4. Systemet skall visa om någon/några elektroder ej är i elektrisk eller fysisk kontakt med 

hjärtat. 

5. Alla elektroder skall vara individuellt märkta för enkel identifiering. 

Bör: 

1. Spänningsnivåer samt pulstid som stimulerar hjärtat bör vara justerbart för respektive 

elektrod. 

2. Användargränssnittet bör kunna visa hjärtaktiviteten på extern/intern display 

3. Vakuumpumpen bör startas/stoppas via användargränssnittet. 

4. Det aktuella undertrycket vid elektroderna bör kunna visualiseras. 

5. Systemet bör larma med ljus och/eller ljud vid uppkomna fel eller problem.. 

89

Y.1.3 Krav Mjukvara 

Skall: 

1. Mjukvaran skall kunna detektera hjärtats spontana aktivitet. 

2. Mjukvaran skall kunna leverera och reglera impulser till hjärtat. 

3. Data över hjärtaktivitet och vidtagna åtgärder skall lagras i internt minne. 

Bör: 

1. Mjukvaran bör kunna hålla ett av användaren givet undertryck i elektroderna. 

2. Mjukvaran bör kunna diagnostisera ett felaktigt förmaksbeteende. 

3. Mjukvaran bör kunna vidta lämplig åtgärd vid diagnostiserad förmaksarytmi. 

90

Y.2 Handledning 

Y.2.1 Funktionalitet hos olika delsystem 

Slav: 

• Räknar fram ett medelvärde av fyra mätningar utförda under den senaste 1 

millisekunden. 

• Kan stimulera hjärtat på kommando från master med en variabel styrka samt 

pulslängd. 

• Kan utföra en rad övriga användbara funktioner t.ex. start/stopp AD-omvandling, 

synkronisera klockor 

• Kan på kommando av master utföra en mjukvaru-reset, under reset kan stimulering av 

hjärtat inte ske. 

Master C165: 

• Hämtar mätdata från alla slavar (upp till 12 kanaler) 

• Olika funktionsmoder (beslutsalgoritmer) för tolkning av mätdata. 

• Vidarebefordrar mätdata till slav C165 

• Har fullständig kontroll över slavarnas beteende (förfogar över en rad styrkommandon 

som bestämmer systemets funktion) 

Slav C165: 

• Länk mellan PC – Master C165 (vidarebefordrar mätdata för analys) 

Stationär dator: 

• Spara mätvärden för analys (Delfi) 

• Visualisera hjärtats aktivitet (Delfi) 

• Styrning av system och inställning av systemparametrar (Delfi) 

Y.2.2 Omprogrammering av huvudprocessorer 

Om en ny förbättrad beslutsalgoritm utvecklas kan de båda huvudprocessorerna 

programmeras om. För att undvika skada på utrustning bör följande steg utföras vid 

programmering av: 

1. Huvudprocessor nr2 – slav C165 

a. Se till att ON/OFF-brytaren är frånslagen 

b. Koppla in 9 V till systemet 

c. Com 1 på apparaten skall vara ansluten till den stationära datorns com-port. 

d. Slå från spänningen till alla slavkort, ställ switch på moderkort så att röd diod 

lyser. Alla slavkort ska nu vara bortkopplade, det vill säga alla dioder på 

slavkortet är släckta. 

e. Aktivera bootstrap – tryck in både reset och boot, släpp sedan reset och 

därefter boot-knappen 

91

Nu är processorn redo att ta emot nya program filer. Programmering av masterprocessorn 

följer nedan. 

2. Huvudprocessor nr1 – master C165 

a. Se till att ON/OFF-brytaren är frånslagen och kontrollera att processorn inte är 

spänningssatt 

b. Koppla om till RS-232 nivåer. Flytta Jumper 4 och 5 enligt anvisning i 

figurY.2. 

c. Koppla in 9 V till systemet 

d. Com 2 på apparaten skall vara ansluten till den stationära datorns comport. 

e. Slå från spänningen till alla slavkort, ställ switch på moderkort så att röd diod 

lyser. Alla slavkort ska nu vara bortkopplade, det vill säga alla dioder på 

slavkortet är släckta. 

f. Aktivera bootstrap – tryck in både reset och boot, släpp sedan reset och 

därefter boot-knappen. 

1 1 2 

3 

Reset Boot Reset Boot 

microMODUL 

-165 

Figur Y.1 Aktivering av bootstrap. 

FigurY.2 Jumpers konfiguration för RS-232 respektive logik nivåer. 

92 

microMODUL 

-165

Strömställare för 

normal drift/flashning. 

Y.2.3 CPU konfiguration 

Figur Y.3 Strömställare för bortkoppling av slavelektronik. 

C165: 

För att kompileringen av programkoden skall bli korrekt måste vissa inställningar göras i 

Tasking innan microMODUL-C165 kan programmeras. Starta Tasking EDE C166 och ändra 

enligt nedan. 

EDE – CPU options CPU: CPU-type SAB165 

SYSCON: Enable XBUS-periferials samt Enable Internal ROM 

…SYSCON: Write config mode – WR/BHE# is WRL#/WRH# 

XPERCON: Enable on chip 2k XRAM samt 6k XRAM 

BUSCON0: Enable External Bus 

EDE – Linker/ Memory: Skriv minneskonfigurationen (165) 

Locator options ROM: 0000h-7fffh, 018000h-04ffffh 

RAM: 0f600h-0fddeh 

EDE - Debugger: Markera ROM/RAM-monitor samt välj under 

Crossviw Pro options Hardware Targets – Phytec microMODUL-165 eller Phytec 

kitcon-165 

Communication: RS232 – Com1 – 19200 

Om FlashTools3 ska användas för programmering av modulen välj att returnera koden i 

hexadecimalform. Välj EDE – Linker/Locator options under fliken ”format”, kryssa för Intel 

Hex records for EPROM programmers. 

93 

Röd indikator – slav-elektronik 

bortkopplad. 

Grön indikator – normal drift

Y.4 Kretskort 

Y.4.1 Portkonfiguration - C504 

5 V 

94 

GND

Y.4.2 Portkonfiguration - C165 

95

Y.5 Monteringsanvisning för elektroder 

Följande monteringsanvisning bygger på bipolära elektrodernas sammansättning och 

uppbyggnad. Proceduren kan dock enkelt omvandlas för att fungera på motsvarande sätt för 

de monopolära elektroderna. För ritningar till elektrodhuvudena, se bilaga Y.3. 

Y.5.1 Montering av ledare 

1. Kapa upp önskad längd (1.5m) av ledarens slang (siliconslang dy=3 mm, di=1.5 mm) 

och förse ena änden med passande Y-förgrening. (Fäst den på Y-förgreningens ”nedre 

del”.) På den ena av Y-förgreningens utgångar fästs ytterliggare tio centimeter 

silikonslang. Kapa även upp drygt fyra meter isolerad tunnkoppartråd (d=0.20mm). 

2. Vik koppartråden på mitten och för igenom den så att cirka tjugo centimeter sticker ut 

på vardera ända av slangen. (Genomföringen sker lämpligtvis med hjälp av tunn 

ståltråd d≈

2. Placera en ring av Epoxylim runt silikonslangen precis intill dess ände. Dra sedan 

elektrodhuvudet närmare silikonslangen genom att dra i koppartrådarna där de sticker 

ut ur Y-förgreningen i andra änden av slangen. Arbetet underlättas väsentligt om man 

ser till att slangen hålls sträckt under detta arbete. Styr in slangen så att den kläms fast 

i sidohålet på eletrodhuvudet och se till att inte friktionen mellan koppartråd och slang 

gör att elektrodhuvudet skjuts bort från slangänden. 

3. Trä tio centimeter av lämplig slang över ändarna på kopparslangarna som sticker ut ur 

Y-förgreningen och se till att den delen av Y-förgreningen tätas med silikon. 

Y.5.4 Montering av kontaktdon 

På den silikonslang som skall anslutas till vakuum-systemet ansluts en Luer-Lock gängad 

honanslutning. Den elektriska anslutningen gör på följande sätt. 

1. Ta reda på vilken av koppartrådarna som leder till anod respektive katod och märkt ut 

dessa på lämpligt sätt så att de senare kan urskiljas. 

2. Använd standardiserade 1.5mm-stereokontakt för att ansluta elektroden till dess 

anslutningspanel. 

3. Trä den skyddshylsa som täcker kontakten efter monteringen över den slang som 

innehåller koppartrådarna. 

4. Koppartråden som kommer från anoden skall vara i kontakt med kontaktytan i spetsen 

av hanen och katoden i kontakt med kontaktytan strax bakom spetsen. Kontaktytan 

längst bort från spetsen (jord) skall ej anslutas till någon koppartråd. 

5. Kontrollera att kontakt finns med hjälp av motsvarande hon-koppling. 

6. Kläm fast änden av slangen i den metallbit som finns på kontakten för detta ändamål. 

7. Montera ihop kontakten och fyll upp tomrummet med silikon för att motverka 

ansamling av smuts i kontakten. 

Y.5.5 Montering av monopolär elektrod 

Att montera en monopolär elektrod görs på samma sätt som en bipolär med undantag att 

endast enkel koppartråd krävs inuti silikonslangen, samt att steg 1-3 i monteringen av 

elektrodhuvudet kan försummas. Koppartråden i en monopolär elektrod skall anslutas till 

kontaktytan i spetsen på kontakten. 

97

Y.6 Ritningar till elektrodhuvud 

98

Y.7 Steriliseringsinstruktioner 

Steriliseringsinstruktion för temporära förmakselektroder 

1. Tvätta elektroderna invändigt med hjälp av vakuumpumpen och sug igenom destillerat 

vatten tills önskat skräp försvunnit ur alla elektroderna. För att höja sköljeffekten kan 

antalet anslutna elektroder minskas. Var uppmärksam på vätskenivån i vätskeavskiljaren 

för att inte suga in vatten i pumpen. 

2. Elektroderna steriliseras med väteperoxid i Johnson & Johnson’s Sterrad 100S. 

3. Anslut en så kallad ”booster” (storlek vit, large?) på Luer-lock anslutningen som finns på 

respektive elektrod. 

4. Genomför sedan standardiserad sterilisering med maximalt 13 elektroder per omgång. 

Förpacka elektroderna styckvis. Förpackningarna märks ”Monopolär förmakselektrod”, för de 

monopolära (med huvud i plexiglas) samt ”Bipolär förmakselektrod” för de med huvud i 

rostfritt stål. 

99

Y.8 Elektronikritningar och layout 

Y.8.1 Moderkort 

100

101

Y.8.2 Slavkort 

102

103

Y.9 Komponentlistor 

Y.9.1 Moderkort 

104

Y.9.2 Slavkort 

105

Y.10 Ordlista 

AV-knutan – den plats där retledningarna till höger och vänster kammare delas upp 

Antiarytmika – medicin som skall återställa hjärtrytmen 

Arteria/Vena pulmonalis – lungartär/ven 

Arytmi – oregelbunden hjärtrytm 

Epikardie – muskulatur som omger hjärtat, yttre muskulatur 

Escapeintervall – Den längsta period som är tillåten utan någon detektion av hjärtaktivitet 

Inhiberad pacing – Detektion registreras, stimulering sker endast då escapeintervallet löpt ut 

Kroniskt förmaksflimmer – Hjärtats normala takt går inte att återställa 

Mitralisklaffarna – klaffarna mellan vänster förmak och kammare 

Myokardie – muskulatur som omger hjärtat, inre muskulatur 

OTP-minne – One Time Programmable program memory. Minnet kan bara programmeras en 

gång, sedan är enheten förbrukad 

Paroxmalt förmaksflimmer – Flimret uppträder och försvinner spontant 

Purkinjefibrer – fibrer som är specialiserade på att skicka nervsignaler 

P-våg – Terminologi för förmakets kontraktion i ett EKG 

QRS komplex – Terminologi för kammarens kontraktion i ett EKG 

Re-entry Takykardi – Två ledningsbanor på hjärtat skapar en oändlig signal-loop 

Refraktärperiod – Den tid då stimulering inte är tillåten eller den tid som behövs innan hjärtat 

är redo att kontraheras igen 

Sinus-knutan – den punkt där nervimpulserna anländer till hjärtat 

Syncron pacing – Stimulering sker vid detektion av en spänningsnivå över triggningsnivån 

och då escapeintervallet löpt ut 

Thorax – bröstkorgen 

106

107

Multipla elektroder för elektrisk behandling av förmaksarytmi

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?