Cuore artificiale tesina

Modelli a parametri

concentrati:

si concentrano le cause e gli

effetti in compartimenti e

vene si costruiscono le

variabili.

Modelli a parametri

distribuiti:

cause ed effetti non possono

essere divise. Esame di Stato 4

Esame di Stato 5

L’ATRIO = può

essere visto come

la pompa

d’innesco

VENTRICOLO =

può essere

visto come una

pompa di

potenza Esame di Stato 6

Lo scopo delle nuove tecnologie informatiche, sanitarie ed elettroniche è quello di poter

ridurre in scala matematica il cuore, come sistema, per poterne effettuare lo studio e

risolvere determinate disfunzioni altrimenti non analizzabili praticamente.

Esame di Stato 7

Modello

idraulico

Modello

elettrico Esame di Stato 8

Ogni pulsazione del cuore genere delle piccole correnti elettriche, le quali si diffondono nei

tessuti circostanti. Se applichiamo degli elettrodi nei due lati opposti del cuore,

paragonabile al polo positivo e negativo, possiamo verificare i potenziali elettrici generati. Il

tracciato che si ottiene è noto come elettrocardiogramma.

P : attivazione atriale

QRS : depolarizzazione

atriale

T : ripolarizzazione

ventricolare Esame di Stato 9

Il sistema di derivazione per l’ECG fu introdotto dal fisiologo Einthoven. In questo sistema

di derivazione, la somma vettoriale di tutta l’attività elettrica presente nel cuore in ogni

momento è chiamata vettore cardiaco risultante.

I derivazione : registra la

differenza di potenziale tra il

braccio sinistro e destro

II derivazione : il polo + è la

gamba sinistra mentre il

polo – il braccio destro

III derivazione : differenza di

potenziale tra braccio

sinistro e gamba sinistra Esame di Stato 10

Il cuore può essere visto diviso in due pompe distinte: Atrio : raccoglitori del

sangue

Cuore destro : il quale pompa sangue

attraverso i polmoni Ventricolo :

forniscono l’energia

necessaria per

spingere il sangue

Cuore sinistro : il quale spinge il sangue

attraverso tutti gli altri organi

Le caratteristiche principali del cuore artificiale sono :

Le funzioni ventricolari sono sensibili alla frequenza cardiaca

 I ventricoli sono azionati in opposizione di fase

 Le funzioni dei ventricoli sono fisse e specificate nel programma.

 Esame di Stato 11

L’aria in pressione produce le sistole e diastole ( contrazioni del cuore)

 Non ci sono sistemi di controllo del volume e della pressione

 Fluidi : aria in pressione ed olio siliconico

 Esame di Stato 12

1958, tenne in vita

un cane per 90 1965, progettato per

minuti un vitello 1982, primo cuore

utilizzato in una

terapia

1969, fu il primo ad

essere impiantato in un

essere umano Esame di Stato 13

L’aspetto più problematico nella progettazione di un cuore artificiale è la tipologia di

pompa e di motore da utilizzare.

Pompe centrifughe

 1 ) centrifughe

2 ) assiali

3 ) Miste Esame di Stato 14

Pompe rotatorie :

 Composto da un

elemento fisso detto

statore e uno mobile

detto rotore. Esame di Stato 15

La prima tipologia di pompe usata fu

quella centrifuga, ma i primi

esperimenti portarono subito

all’abbandono di tale pompa in quante

permetteva solo la circolazione di un

fluido non pulsante ma continuo.

Ciò non è compatibile con il

mantenimento delle funzione dei

diversi organi.

Esame di Stato 16

Esame di Stato 17

1.



unità di comando (interna e/o esterna): è un sistema di controllo

elettronico della modalità di pompaggio, eventualmente programmabile

dall’esterno; normalmente viene programmato in base all’ECG del paziente.

2.



pompa: è l’elemento chiave che fornisce la necessaria spinta al sangue.

3.



convertitore di energia: converte la forma di energia erogata dalla

particolare alimentazione del tipo di dispositivo usato (energia elettrica,

meccanica, nucleare…) in energia spesa per il

pompaggio.

4.



alimentatore: fornisce l’energia (in una delle forme citate) utile per il

pompaggio; tipicamente l’alimentatore è extracorporeo e il trasferimento

di energia al dispositivo impiantato è o di tipo pneumatico, o meccanico, o

con fili elettrici, o con trasformatore. Esame di Stato 18

Accoppiamento induttivo

 Isotopi radioattivi

 Esame di Stato 19

I primi sistemi di alimentazione per i cuori artificiali cercarono di non intaccare la cute del

paziente. Un primo sistema si basava su due avvolgimenti:

Uno interno

 Uno esterno



La potenza veniva trasmessa mediante l’accoppiamento induttivo creato dal campo

magnetico, generato quando l’avvolgimento esterno era attraversato da una corrente

alternata. L’inconveniente di tale sistema è la necessita di portare con se la fonte di energia

ad esempio una batteria. Sistema

TET Esame di Stato 20

I sistemi più usati si basano su fonti elettrochimiche, quali le fuel cells.

Le fuel cells si basano sulla

conversione di una sostanza

chimica in energia elettrica.

Sono composte da :

Anodo, il quale ossida il

• combustibile

Elettrolita

• Catodo, il quale consuma

• l’ossidante

Aumento del del 

rispetto alle batterie.

Esame di Stato 21

La tipologia che negli anni si cercherà di studiare è la pila nucleare, costituita da un

radioisotopo che emette radiazioni le quali vengono catturate da diversi schermi che hanno

la funzione di ridurre i livelli di radiazione e di convertire tali radiazioni in energia.

Si stima che una pastiglia di 40gr di

plutonio duri 86 anni fornendo tutta

l’energia necessaria per un cuore.

Esame di Stato 22

Sistema produzione

energia

Ciclo Rankine

(sfrutta la conversione di

un liquido in vapore)

Ciclo Joule

(sfrutta la compressione

ed espansione di un

gas)

Stirling Esame di Stato 23

Esame di Stato 24

L’unico inconveniente di

tale sistema è che bisogna

collegarsi alla rete elettrica

ogni 30 minuti. Esame di Stato 25

Esame di Stato 26

Grazie alla versatilità del sistema Arduino è

possibile applicare le sue potenzialità al corpo

umano. Esame di Stato 27

L'Arduino è una piattaforma

 di sviluppo basata su

un microprocessore

Può interagire con

 l’esterno mediante

I / O analogici e

digitali

La grande versatilità lo

 rendono un ottimo

strumento didattico. Esame di Stato 28

Alimentazione da 5V a 12V

 6 ingressi analogici 0-5V

 6 uscite a modulazione PWM

 Connettore USB per il

 collegamento Esame di Stato 29

Lo sketch consiste nella stesura delle righe di

 comando necessarie per la programmazione

del microprocessore.

Arduino è programmato tramite C o C++ i

 quali al loro interno sono caratterizzati da

numerose librerie a nostra disposizione per la

gestione e l’attuazione di sistemi di controllo.

Esame di Stato 30

Esame di Stato 31

Sensore

presenza

Esame di Stato 32