Pacemakers kunnen verstoord raken door achtergrondruis van mobiele telefoons en tl-lampen. Promovendus Sandro Haddad en zijn begeleider dr.ir. Wouter Serdijn van de basiseenheid elektronica ontwerpen daarom een analoog signaalfilter dat voorkomt dat het hart op hol slaat.
Iedereen die een geliefde verloren heeft kent het probleem, dat Zuid-Afrikanen ‘hartseer’ noemen. Alleen de tijd kan dit helen. Maar bij 250 duizend mensen per jaar komt dat ‘hartseer’ door het hart zélf dat er de brui aan geeft, en tijd is dan kostbaar. Zij krijgen zo snel mogelijk een pacemaker ingeplant, die de haperende hartspier weer rustig doet kloppen.
Al in 1932 kwam de eerste pacemaker op de markt, die een gewicht had van een flinke mok koffie. Moderne pacemakers wegen 25 gram, maar moeten nog lichter worden en langer meegaan. Hier laat de huidige technologie nog te wensen over.
“Moderne pacemakers hebben last van verstoring van het inkomende signaal”, zegt promovendus Sandro Haddad van de basiseenheid elektronica. “Ze werken in de bandbreedte van vijf tot tweehonderd hertz en pikken dus ook de signalen op van tl-lampen die met honderd hertz knipperen. Zonder maatregelen zouden pacemakers hierdoor overstuurd worden. Het hart vervalt dan in z’n oude, ongezonde ritme en dat is voor de patiënt geen pretje.”
In de pacemaker worden daarom digitale filters gebouwd, die ruis van de hartpuls onderscheiden. Analoog-digitaal-convertors zetten hier het analoge hartsignaal om in digitale informatie. Die informatie in bits wordt doorgegeven aan de signaalprocessing in de pacemaker. De pacemaker geeft dan op het juiste tijdstip het hart een extra elektrisch duwtje mee waar het orgaan zelf de kracht niet heeft.
Maar de huidige AD-convertors vragen veel te veel stroom van de batterij voor het omzetten in bits. “Daarom vroeg mijn begeleider Wouter Serdijn drie jaar geleden of ik de mogelijkheid van een analoog filter wilde onderzoeken”, zegt Haddad. “Die vragen veel minder stroom dan de combinatie van een digitaal filter en een AD-convertor, zodat de pacemaker langer werkt. We hebben daarop de medewerking gekregen van pacemakerfabrikant Medtronic. Inmiddels heb ik een chip ontworpen met een analoog filter dat we de deze maand aan het testen zijn.”
Feestje
De bestrijding van hartkloppingen zit nu samengepakt op een chip van slechts een vierkante millimeter groot. Haddad mag hem, na maanden zwoegen, naar zichzelf noemen: de Haddad, dus. Het filtertje op deze chip kan een hartsignaal herkennen dankzij zogeheten waveletfuncties. Met dit wiskundig gereedschap kunnen in verschillende resoluties informatiepatronen herkend worden. Ongeveer zoals je uit het lawaai van een verjaardagsfeestje het enige zinvolle gesprek van de avond filtert.
Het ‘gesprek’ dat hier van belang is, zijn twee pulsen die het hart per klopping geeft en die aangeven met welke frequentie het tikt. Bij een zwak hart heeft de eerste puls de versterking van een pacemaker nodig. “Dat is de R-golf die het filter moet pikken uit omgevingsruis, zoals die vijftig hertz van de tl-buis of een rinkelend mobieltje”, zegt Haddad. “Ik heb verschillende algoritmes getest of ze die golf kunnen herkennen. De chip kan dan de rest van de ruis weggooien en op het juiste tijdstip de pacemaker een puls laten geven.”
In de test van de chip blijkt dat de waveletfunctie die Haddad uitwerkte, geschikt is voor de detectie van hartsignalen, zo stelt hij met een voldane grijns. “Ik ben er erg blij mee. Het is altijd afwachten of wat je op papier hebt bedacht ook echt werkt. Maar de wavelet lijkt precies op het hartsignaal te passen.”
Als vervolg willen Haddad en Serdijn de chip gaan integreren in het circuit van een pacemaker. Eenmaal klaar zal een klein stukje Haddad voortaan in patiënten kunnen voortleven. Welke wetenschapper streeft daar niet naar?
Röntgenfoto van een pacemaker.
Iedereen die een geliefde verloren heeft kent het probleem, dat Zuid-Afrikanen ‘hartseer’ noemen. Alleen de tijd kan dit helen. Maar bij 250 duizend mensen per jaar komt dat ‘hartseer’ door het hart zélf dat er de brui aan geeft, en tijd is dan kostbaar. Zij krijgen zo snel mogelijk een pacemaker ingeplant, die de haperende hartspier weer rustig doet kloppen.
Al in 1932 kwam de eerste pacemaker op de markt, die een gewicht had van een flinke mok koffie. Moderne pacemakers wegen 25 gram, maar moeten nog lichter worden en langer meegaan. Hier laat de huidige technologie nog te wensen over.
“Moderne pacemakers hebben last van verstoring van het inkomende signaal”, zegt promovendus Sandro Haddad van de basiseenheid elektronica. “Ze werken in de bandbreedte van vijf tot tweehonderd hertz en pikken dus ook de signalen op van tl-lampen die met honderd hertz knipperen. Zonder maatregelen zouden pacemakers hierdoor overstuurd worden. Het hart vervalt dan in z’n oude, ongezonde ritme en dat is voor de patiënt geen pretje.”
In de pacemaker worden daarom digitale filters gebouwd, die ruis van de hartpuls onderscheiden. Analoog-digitaal-convertors zetten hier het analoge hartsignaal om in digitale informatie. Die informatie in bits wordt doorgegeven aan de signaalprocessing in de pacemaker. De pacemaker geeft dan op het juiste tijdstip het hart een extra elektrisch duwtje mee waar het orgaan zelf de kracht niet heeft.
Maar de huidige AD-convertors vragen veel te veel stroom van de batterij voor het omzetten in bits. “Daarom vroeg mijn begeleider Wouter Serdijn drie jaar geleden of ik de mogelijkheid van een analoog filter wilde onderzoeken”, zegt Haddad. “Die vragen veel minder stroom dan de combinatie van een digitaal filter en een AD-convertor, zodat de pacemaker langer werkt. We hebben daarop de medewerking gekregen van pacemakerfabrikant Medtronic. Inmiddels heb ik een chip ontworpen met een analoog filter dat we de deze maand aan het testen zijn.”
Feestje
De bestrijding van hartkloppingen zit nu samengepakt op een chip van slechts een vierkante millimeter groot. Haddad mag hem, na maanden zwoegen, naar zichzelf noemen: de Haddad, dus. Het filtertje op deze chip kan een hartsignaal herkennen dankzij zogeheten waveletfuncties. Met dit wiskundig gereedschap kunnen in verschillende resoluties informatiepatronen herkend worden. Ongeveer zoals je uit het lawaai van een verjaardagsfeestje het enige zinvolle gesprek van de avond filtert.
Het ‘gesprek’ dat hier van belang is, zijn twee pulsen die het hart per klopping geeft en die aangeven met welke frequentie het tikt. Bij een zwak hart heeft de eerste puls de versterking van een pacemaker nodig. “Dat is de R-golf die het filter moet pikken uit omgevingsruis, zoals die vijftig hertz van de tl-buis of een rinkelend mobieltje”, zegt Haddad. “Ik heb verschillende algoritmes getest of ze die golf kunnen herkennen. De chip kan dan de rest van de ruis weggooien en op het juiste tijdstip de pacemaker een puls laten geven.”
In de test van de chip blijkt dat de waveletfunctie die Haddad uitwerkte, geschikt is voor de detectie van hartsignalen, zo stelt hij met een voldane grijns. “Ik ben er erg blij mee. Het is altijd afwachten of wat je op papier hebt bedacht ook echt werkt. Maar de wavelet lijkt precies op het hartsignaal te passen.”
Als vervolg willen Haddad en Serdijn de chip gaan integreren in het circuit van een pacemaker. Eenmaal klaar zal een klein stukje Haddad voortaan in patiënten kunnen voortleven. Welke wetenschapper streeft daar niet naar?
Röntgenfoto van een pacemaker.
Comments are closed.