- Vår nya plattform ska ersätta dagens tre plattformat, två för pacemakrar och en för defibrillatorer, säger Jan Lindberg som är elektronikutvecklingschef på St. Jude Medical i Veddesta, några mil nordväst om Stockholm.

Plattformen, döpt till Unity, består i sin helhet av tre asicar, förutom kringkomponenter. Två asicar utgör själva pacemakern. Den ena är i huvudsak analog. Den andra i huvudsak digital. Ska man bygga en defibrillator för invärtes bruk lägger man till en tredje asic. Konstruktionen har engagerat flera av koncernens forsknings- och utvecklingsenheter i ett antal år nu. Så flitens lampa har inte bara lyst i Veddesta, utan även i de tre amerikanska städerna Los Angeles, Pickens och Sunnyvale.

- I Sverige har vi framförallt jobbat med den asic som sitter närmast hjärtat, vi kallar den patientinterfacet, men vi har varit inblandade i hela elektronikutvecklingen.

St. Jude Medical är amerikanskt med huvudkontor i Minnesota. Koncernen har över 10 000 anställda i världen, varav drygt 700 här i landet. Den svenska verksamheten är uppdelad i två bolag: St. Jude Medical AB och St. Jude Medical Sweden AB, där det sistnämnda arbetar med att sälja och marknadsföra koncernens samtliga produkter i Sverige.

100 nyanställda på 6 månader

St. Jude Medical AB är det teknikintensiva svenska företaget. Här sysslar man med forskning och utveckling, tillverkning samt supportfunktioner inom ett av koncernens fem affärsområden: Cardiac Rhythm Management (CRM). Omkring 250 personer tillverkar pacemakrar eller elektroder, medan drygt 220 jobbar med forskning och utveckling. Och det går bra just nu.

- Sedan i juni har vi accelererat nyrekryteringen. Vi har säkert anställt runt hundra personer det senaste halvåret, jämt fördelat mellan utveckling och tillverkning.

Framförallt har tillverkningen av elektroder ökat och man förväntar sig att det kommer att fortsätta så. Idag monteras uppåt 200 000 elektroder per år här och nästintill allt arbete sker manuellt.

- Arbetet är så teknikintensivt att det är svårt att lägga ut. Vi har upptäckt att det är väldigt viktigt att ha närhet mellan utveckling och tillverkning inte minst när det gäller elektroderna, konstaterar Jan Lindberg.

Antalet monterade pacemakrar har legat ganska konstant under senare år, runt 40 000 årligen. Varje produkt som monteras ska testas individuellt. Det görs i ett speciellt mätrum i närheten.

På utvecklingssidan är det dock den kommande plattformen som stått i fokus på senare tid. Plattformens arkitektur påminner väldigt mycket om en av de äldre, men processerna som ska användas är naturligtvis mycket finare och betydligt mer funktionalitet kommer att byggas in.

Den analoga asic som Jan Lindberg basar över ska klara att detektera hjärtsignaler som har amplituder på några millivolt, ibland bara några hundratals mikrovolt. För att skilja på hjärtsignaler och allt annat som kan komma i vägen, som störande mobiltelefoner, måste ingående förstärkare och filter ha extremt bra prestanda.

- Utmaningarna är många, som att skapa tillräckligt bra signalbrusförhållande och

Historik: Svensk trio bakom pacemakern Året var 1958. Blickarna riktades mot Solna. Då - i oktober - opererade min morbror Åke Senning in världens första pacemaker i en människa. Jag minns operationen som en oerhört spännande och fascinerande berättelse. Den första pacemakern var stor som en hockeypuck och fungerade bara ett par timmar. Den andra några veckor. Arne Larsson hette patienten som fick världen första pacemaker inopererad. Han var 43 år vid sin första operation. 43 år senare dog han. Då hade han hunnit med 26 olika pacemakrar. Det var Åke Senning som gav läkaren och ingenjören Rune Elmqvist i uppdrag att utveckla den pacemaker som han sedan själv opererade in. Rune Elmqvist hade då redan flera uppfinningar som rönt internationell uppmärksamhet bakom sig, exempelvis den första EKG-apparaten. På 1940-talet blev han utvecklingschef på Elema-Schönander i Solna. Under årens lopp har den svenska pacemakerverksamheten inte bara flyttat från Solna till Veddesta utan även gjort en resa genom företagsnamn. Den började med att tyska Siemens köpte Elema-Schönander år 1972 och bildade Siemens-Elema. Ett antal år senare, 1985, köpte Siemens även amerikanska Pacesetter. Siemens stod därmed som ägare till två ganska fristående pacemakerverksamheter. År 1994 sålde Siemens hela sin pacemakerverksamhet till St. Jude Medical varvid Siemens-Elemas pacemakerverksamhet blev Pacesetter AB samma år. Sex år senare byter den svenska verksamheten namn till St. Jude Medical AB. Elema-Schönander tog aldrig patent på uppfinningen. Företaget trodde helt enkelt inte att det skulle finnas någon marknad för pacemakern. Så fel det kan bli. Hittills har över 70 000 pacemakeroperationer gjorts bara i Sverige. Var fjärde pacemaker som planteras in idag kommer från St. Jude Medical. Anna Wennberg Den här e-postadressen skyddas mot spambots. Du måste tillåta JavaScript för att se den.

tillräckligt låg effektförbrukning i en tillgänglig process. Signaldetekteringen måste också överleva när andra delar av elektroniken skickar 800 V till hjärtat. Då gäller det att ha full kontroll på skyddskretsarna.

Vilka halvledarprocesser man valt för den nya plattformen vill han inte avslöja. Inte heller vilka kiseltillverkare man använder. Halvledarprocesser är ett alltför känsligt kapitel. Här talas det ju om produkter som kommer tidigast om ett år.

Läckströmmen - begräning och utmaning

I dagens modernaste pacemakrar sitter det däremot en analog asic tillverkad i en CMOS-process med kanallängden 2 µm. Den digitala är tillverkad i 0,35 µm.

- När vi valde processerna var de toppmoderna. Idag utvecklar ingen digitala kretar i 0,35 µm, men det speglar ju lite av utvecklingstiden för den här typen av plattformar, säger Jan Lindberg.

När det kommer till kritan så är han också mycket begränsad i sitt val av processer. Dels måste den analoga asicen kunna hantera förhållandevis höga spänningar, uppåt 10-15 V. Dels kräver konstruktionen extremt låga läckströmmar.

- Våra krav på läckströmmar diskvalificerar en stor del av alla tillgängliga processer. Vi har läckströmskrav som ligger många tiopotenser under vad de flesta foundries garanterar som standard idag.

Ju finare process, desto större läckström. Sådan är regeln. Och för konstruktioner som kräver minimal effektförbrukning har detta börjat bli ett väsentligt problem. Visst går det att minska effektförbrukningen med diverse konstruktionstrix. Som att dra ner klockfrekvensen, grinda klockor och införa rent asynkron teknik. Men läckströmmarna förblir ändå processberoende.

Trenden att små halvledartillverkare, som exempelvis Zarlink, successivt slås ut ser Jan Lindberg med viss oro på. Istället blir de som överlever färre och större, medan kunderna blir relativt sett mindre. Det leder till att specialanpassningar blir än svårare att få igenom.

- De stora tillverkarna har visserligen fått lära sig att hantera mindre volymer men våra krav gör det ändå besvärligt. I vår kommande plattform har vi lyckats sänka den totala effektförbrukningen med 35 procent men vi kommer att få problem att sänka den ytterligare framöver. Förhoppningsvis kan vi ligga kvar där vi är idag.

Fungerar upp till 20 år på ett batteri

För att ge perspektiv på resonemanget jämför han med en mobiltelefon. En mobil och en pacemaker har batterier med ungefär samma kapacitet. Skillnaden är att en pacemaker ska fungera upp till 20 år utan att laddas under tiden.

Defibrillator - en pacemaker med extra skjuts EGrunden i en pacemaker är att mäta de interna elektriska signalerna i ett hjärta och avgöra om hjärtat slår som det ska. Pacemakern placeras strax under huden nedanför ena nyckelbenet. Därifrån förbinds den med hjärtat genom att en eller flera elektroder förs ner till hjärtat via en ven. Elektroniken ligger sedan ständigt och lyssnar på spänningen mellan de olika noderna och mäter tiden mellan hjärtslagen. Om tiden blir för lång skickar pacemakern en stimulanspuls som får hjärtat att slå. När kroppen rör sig slår hjärtat snabbare och vice versa. I de flesta moderna pacemakrar sitter det därför en accelerometer som känner av kroppens aktivitet. Tekniken fungerar hyfsat, men man jobbar med att utveckla sensorer som ger bättre utslag. Hjärtfrekvensvariationerna är en parameter som läkaren avgör och att ställa in en maxpuls på 170 slag per minut är fullt möjligt till en frisk vältränad person. En defibrillator är i princip en pacemaker som kan sätta igång ett hjärta som stannat helt. Till det krävs en rejäl spänningspuls, uppåt 800 V. Det fixar St. Jude Medical med två egentillverkade kondensatorer i serie. En defibrillator innehåller även en hel del högspänningskomponenter som drosslar och annat, vilket gör att den är klart större än en ren pacemaker. AW

Även andra utmaningar dyker upp med finare processer. Sannolikheten för att det uppstår fel i de inbyggda minnena ökar exempelvis. För att kompensera för detta byggs allt mer feltolerans in. Vissa större fel hanterar man genom att stänga av mycket av finesserna, medan en backup-funktion i ren hårdvara håller ställningen.

- Om programvaran av någon anledning slås ut får man en grundläggande pacemakerfunktion som gör att patienten mår hyfsat bra.

Trimmar pacemakern med radiokom

En nyhet som den svenska utvecklingsavdelningen varit mycket engagerad i är ett radiobaserat trådlöst kommunikationssystem tänkt att användas av läkaren för att ställa om programmerbara funktioner hos en pacemaker samt läsa av hur hjärtat har fungerat. Systemet bygger på radiostandarden MICS (Medical Implant Communications Service) och ska fungera som ett komplement till dagens induktiva system.

Dagens system kommunicerar med 20 till 30 kbit/s och fungerar upp till en knapp decimeter från patienten. Det nya har ett kommunikationsavstånd på flera meter.

- Datahastigheten kan jag inte kommentera eftersom detta är ett område vi konkurrerar hårt inom. Men det går fortare än idag, säger Jan Lindberg och ler.

En modern pacemaker har flera hundra parametrar som kan ställas om. En inplanterad defibrillator har ännu fler. Men många pacemakrar programmeras inte om, utan lämnas med leveransinställningen. Det är inte bra. Patienterna skulle kunna få ett bättre liv om läkarna tog sig tid att finjustera olika parametrar. Mycket av utvecklingsarbetet går därför åt till att försöka förenkla för läkarna genom att bygga in automatik i systemet, både i form av program- och hårdvara.

- En sorts vision är att skapa en pacemaker som automatiskt kan skräddarsys till användaren. Men dit är det nog rätt långt. Inte bara av tekniska skäl, utan mycket handlar om ansvar. Vem tar ansvaret om något går fel?

Sensorer ska övervakar hela kroppen

Så sent som för ett halvår sedan var St. Jude Medical enbart inriktad på hjärtbehandling. Då gick man ut och köpte ett företag som jobbar med nervstimulatorer. I ett slag utökades företagets affärsområde och idag pågår det intensiva aktiviteter internt som kommer att påverka utvecklingen på sikt.

- Vi satsar framåt på system som övervakar hela kroppen. Man kan tänka sig ett scenario att man i framtiden opererar in sensorer även om man är frisk för att i ett tidigt skede upptäcka om något håller på att gå fel.