Appunti completi Dispositivi

DISPOSITIVI MEDICALI E DIAGNOSTICI 04/10/21

Libro: Biomedical Instrumentation, Medical Device (non serve comprarlo)

Esame: 50% voto dello scr

itto + 50% voto dell’orale. Esame scritto e alla fine decido se farlo subito o all’appello dopo.

L’esame scritto mi vale per sempre, però è meglio fare tutto insieme, è più efficiente.

LEZIONE 1: introduzione e primi argomenti

L’istituto superiore di sanità da delle informazioni, il ministero emette poi il decreto che si

può commercializzare o usare qualcosa di nuovo (come per i vaccini). L’UE dà delle direttive

per l’utilizzo e per la sanità. Ci sono delle direttive europee che poi sono recepite dai governi

locali.

Le tecnologie biomediche medicali possono agire in:

 area diagnostica: qui avrò un tipo di strumenti per ottenere delle diagnosi. I dispositivi

usati servono per valutazioni funzionali, bio-immagini o diagnostica clinica;

 area terapeutico-riabilitativa: per la cura del paziente, strumenti e tecnologie per le

terapie. Servono per terapia chirurgica (a bassa intensità, che durano poco ed esci

dall’ospedale dopo poco tempo, grazie a degli strumenti tecnologici che hanno tecnologie

sofisticate), interventistica a bassa invasività, terapia non invasiva (le medicine che

prendo), organi artificiali e protesi, riabilitazione supporto, robotica (non c’è nello

schema perché non è ancora del tutto sviluppata).

1

DEFINIZIONE: dispositivo biomedico

Qualunque strumento, apparecchio, apparecchiatura, software, impianto, reagente,

materiale o altro articolo, destinato dal fabbricante a essere impiegato sull’uomo, da solo o

in combinazione, per una o più delle seguenti destinazioni d’uso mediche specifiche :

1

1. diagnosi, prevenzione, monitoraggio, previsione, prognosi, trattamento o attenuazione

di malattie (se vedo che un paziente non peggiora ma non migliora, dico che dovrà

tornare poi per un controllo ma se dalla previsione c’è qualcosa di peggiorativo devo

trovare qualcosa per prevenire questo peggioramento, in base a ciò che hanno studiato)

per curare o attenuare le malattie;

2. diagnosi, monitoraggio, trattamento, attenuazione o compensazione di una lesione o di

una disabilità (anche loro hanno bisogno di capire fino a che punto la lesione è

progredita);

3. studio, sostituzione o modifica dell’anatomia oppure di un processo o stato fisiologico

o patologico.

NOMENCLATURA DEI DISPOSITIVI MEDICI

La normativa vigente assegna al Ministro della Salute, in qualità di Autorità competente, il

compito di coordinare la vigilanza e il monitoraggio sulla circolazione dei Dispositivi Medici.

Prima avevano iniziato a livello nazionale, poi europeo (sulle medicine per esempio vedo

AIC=autorizzazione immissione commercio del medicinale, sugli integratori invece no

perché non sono soggetti alla regolamentazione, ora serve farlo anche sui dispositivi medici

anche se già in commercio).

Se qualche problema sembra causato da un farmaco si avvisa la vigilanza, ma se succede con

un dispositivo? Ora anche qui c’è la vigilanza, prima invece se succedeva qualcosa ti prendevi

tu le responsabilità della cosa. Come col vaccino, se una certa anomalia si presenta spesso

vista al monitoraggio, l’autorità regolatoria blocca il farmaco/vaccino (stessa cosa per i

dispositivi, nel corso del tempo).

Tutto deve essere gestito dal SS, cioè non deve avere un continuo miglioramento ma con aumento di prezzi,

1

perché se no poi non si riesce a gestire, deve esserci uno sviluppo corretto e concreto. Inoltre tutti gli ospedali

o centri devono seguire le normative. 2

Le direttive comunitarie e le norme legislative italiane che le hanno recepite disciplinano,

separatamente, tre categorie di dispositivi medici:

1. dispositivi medici impiantabili attivi

2. dispositivi medici (in genere)

3. dispositivi diagnostici in vitro (IVD)

Prima si faceva un po' tutte le operazione come si voleva e si scoprivano cose nuove, ora si

fa tutto in maniera regolamentata ma è più difficile fare delle innovazioni in procedure.

I dispositivi medici disciplinati dal decreto del ’97 sono suddivisi in quattro classi:

1. classe I (basso rischio), dispositivi meno critici, non attivi e non invasivi, ciò che sta

al di fuori del paziente;

2. classe IIa (rischio medio), dispositivi non attivi invasivi e non e dispositivi attivi che

interagiscono con il corpo in maniera non pericolosa;

3. classe IIb (rischio medio alto), dispositivi non attivi e attivi che interagiscono con il

corpo in maniera pericolosa;

4. classe III (ad alto rischio), dispositivi impiantabili, farmaci o derivati animali e

dispositivi che agiscono sulla funzione di organi vitali.

Recentemente la commissione ha deciso di far partire una nuova regolamentazione sui

dispositivi biomedici. 3

LEZIONE 2: normative e regolamentazioni

Sul sito inglese c’è una spiegazione completa, e va capito cosa sta succedendo dal 2017 in cui

ha iniziato ad essere usata una regolamentazione. Negli stati uniti, se c’è una maggioranza

in comitato allora la scelta passa, ma in UE no, la decisione deve essere della commissione

europea, deve convincere tutti la scelta. In Europa, la direttiva doveva entrare in vigore a

Maggio 2020, ma sono entrate in vigore adesso e tutto ora deve funzionare entro il 2024.

La normativa dice come comportarsi e la regolamentazione controlla la messa in porto

di tutto. La regolamentazione ha aspetti peculiari rispetto ai tempi precedenti: le direttive

hanno dei tempi di messa in atto e quindi all’inizio hanno dato delle DEFINIZIONI, in

particolare la classificazione (in cui hanno aggiunto anche i prodotti estetici che risultano

coperti per la prima volta dai regolamenti. Sia l’MDR che il VDR ha definito grado di

invasività e regole dei dispositivi. Nelle normative ci sono nuovi elementi:

4. controlli più rigorosi per dispositivi ad alto rischio (qualsiasi materiale artificiale non è

ben accettato dall’organismo, alcuni creano danni altri vengono accettati bene anche se i

materiali in generale non sono compatibili, cerchiamo noi di renderli biocompatibili);

5. vedere che il dispositivo rispetta le normative mediche o mando le cose per approvare il

dispositivo e viene istituita una commissione per verificarla (EMA che regola messa in

commercio dei farmaci) o mi affido a organismi di verifica, se dicono che va bene loro va

bene al distributore. Il grado di certificazione lo stabilisce un ente verificatore, sono

ferrati su ambiente in generale ma poco su quello medicale;

6. maggiore trasparenza attraverso l’istituzione di una banca dati completa dell’EU: se non

si archivia più nel tempo si creano danni, serve una banca dati di sempre aggiornata per

tracciare la storia dei dispositivi rintracciabilità del dispositivo basato



sull’identificazione univoca del dispositivo;

7. introduzione di una ‘scheda d’impianto’ contenente informazioni sui dispositivi medici

impiantati nel paziente; c’è per legge una regola per redigere un rapporto del lavoro in

sala operatoria, scrivere chi ha lavorato e con cosa, e si firma il verbale operatorio, e ora

questa scheda si fa anche sugli impianti dei dispositivi;

8. monitoraggio dell’efficacia clinica, si possono mettere in commercio cose se ho

dimostrato che funzionano prima di quelli vecchi, anche se costa di più. L’efficacia si

misura (vaccino pfizer ha un efficacia rispetto alla prevenzione di ricovero o morte, e lo

studio analizzando determinati pazienti proprio riguardo a questo argomento e verifico).

4

9. Rafforzamento dei requisiti di sorveglianza post-commercializzazione per i produttori:

sia per chi ha impiantato il dispositivo, sia per chi l’ha creato, serve traccia di tutti i dati,

dall’inizio alla fine dell’impiantazione, e anche dopo. Oltre a venderlo serve garantire la

sorveglianza per anni dopo l’utilizzo;

10. Meccanismi di coordinamento migliorati tra i paesi dell’EU nei settori della vigilanza.

Particolare attenzione deve essere data alla scelta dei materiali, alla compatibilità e ai

risultati della modellistica teorica.

DEFINZIONE: conformity assessment

Vedo se un dispositivo è conforme o no alla normativa. Per ciascuna classe di rischio sono

definiti due aspetti: progetto e produzione. La classe I è controllata dal produttore e tutte

le altre classi sono controllate da un ente notificatore indipendente. Il progetto deve essere

fatto da un’azienda certificata per la produzione di software medicali e vedere se la

produzione è fatta nel modo giusto. Bisogna dimostrare che tutto il sistema produttivo sia

conforme alla normativa.

Serve assessment dalla classe IIa in poi, la classe I direttamente certificata dal produttore.

Serve fare un passo avanti nell’efficacia e nel controllo, per questo si blocca molto

l’innovazione.

Tracciabilità: serve individuar ei prodotti, assicurarsi che tutte le sostanze in contatto

siano state valutate per non creare effetti dannosi all’organismo (packaging è il passaggio

più difficile per mantenere il prodotto). Slides con il percorso del conformity assessment.

Nella normativa la classificazione di chiama UDI, unique device identification, che ci fa

tracciare il dispositivo che ci serve. Per la catena di distribuzione ci sono delle esigenze da

rispettare, servono responsabili del processo e se succede qualcosa controllino loro tutto in

maniera affidabile. La sorveglianza poi post-marketing, dopo la vendita.

Se è conforme il prodotto si ha il MARCHIO CE, che ha informazioni riguardo il

produttore, numero di certificato, sono info che ci fanno tracciare chi lo rilascia, il prodotto

e il produttore. L’ospedale poi, l’utilizzatore, se vede il marchio, è sicuro che il processo

descritto prima è stato rispettato e verificato. 5

Nomenclatura: i dispositivi possono essere messi in commercio anche senza certificazione

CE, seguendo requisiti essenziali. È rilasciata da organismi notificati accreditati. Dopo di

che, a livello italiano bisogno gestire tutto dal governo italiano, in capo al Ministero della

Salute, che ha istituito una banca dati divisa in categorie: vedo slides (problema a inizio

campagna vaccinale in italia è che non ci sono produttori di aghi in Italia, solo in Cina).

Parte con dispositivi medici: information technology.

6 11/10/21

LEZIONE 3: VALVOLE CARDIACHE

Le valvole nel cuore possono avere danni e possono essere

sostituite con strumenti biomedicali. Le 4 valvole sono:

valvola mitralica e aortica a sinistra, e polmonare e

tricuspide a destre. La differenza tra le valvole di sinistra e

destre è che ci sono pressioni diverse che regolano il

movimento diverso e delle funzionalità diverse.

Le patologie possono creare situazioni così gravi per cui il paziente ha una disfunzione molto

grave e se non viene trattato è a rischio di vita sono dispositivi salvavita.



Se si rompe una valvola, ci sono 20-30 secondi e se nessuno interviene la circolazione si

ferma. Una valvola aortica deve garantire una gittata cardiaca in media di 5-6L/min,

in maniera diversa durante la sistole o la diastole (superficie corporea che sono 1.73 m ). La

2

valvola deve lasciar passare il fluido il più possibile, non creare ostruzioni, se c’è bisogno

apro tutto, se c’è bisogno di chiudere perché la pressione diminuisce, devo evitare che il

sangue torni all’indietro (chiusura totale). Sia a livello mitralico o ad altre, deve saper aprire

bene e chiudere del tutto. Per questo devo capire bene con che materiali crearle.

Il nostro sistema di valvole lavora in maniera passiva, l’azione meccanica è passiva, quindi

possiamo mettere un materiale che non da un contributo energetico e ci va bene (se dovessi

cambiare un ventricolo sarebbe diverso, perché lavora in maniera attiva). Vedendo che i

pazienti sviluppavano dei problemi clinici in queste tessuto, allora facilmente hanno trovato

dagli anni 50’ in poi a studiare i materiali per crearle, anche se il progresso è arrivato dopo.

Dagli anni 90’ si sono molto stabilizzate le cose.

Nell’immagine, ripresa dalla fisiologia, per

quanto riguarda l’andamento delle pressioni,

segue il ritmo cardiaco (prima riga:

elettrocardiogramma con tempo sulle x,

seconda riga: si ha la differenza di potenziale in

mmVolt con attività elettrica del cuore che da

vita all’attività meccanica, sistole e diastole). 7

A cavallo della valvola, ho aumento di pressione durante la sistole, molto maggiore della

pressione nell’arco aortico, così che il sangue possa uscire dal ventricolo all’arco aortico.

Quello che sente il medico è l’apertura e la chiusura della valvola e questo fa aumentare il

flusso e a seconda se mitrale o aortica avrò un’immissione nell’arco se valvola aortica aperta

(RIGURAD FUNZIONAMENTO DELLE VALVOLE).

Istologia: I foglietti sono composti da materiale cellulare, i punti più scuri sono i nuclei

delle cellule, che sono un po' allungate. Dall’istologia delle valvole si vede che cambia se

chiusa e aperta, se si apre i lembi vanno verso il condotto e poi tornano in orizzontale. Per

richiudersi hanno:

11. Nella parte superiore una struttura fibrosa, costituiti da collagene, una proteina

lineare di sequenza di aa che sono tutti dello stesso tipo, 3 alla volta messi insieme. In

fondo ci sono dei siti di legame che si legano ad altre molecole che fanno delle fibrille. Lì

è come se avessimo delle corde, quando è teso diventa resistente. Non ci sono dentro

capillari, uno dei pochi che non li ha e arriva fino a 1-2mm di spessore. È a contatto con

il sangue e l’ossigeno arriva da lì senza bisogno di vasi;

12. Nella parte interna una struttura spongiosa con collagene (diverso dal fibroso, in

tutto ci sono 12 tipi di collagene) senza una direzione preferenziale non avendo le fibre,

e glicosamminoglicani che fa da lubrificante tra fibrosa e ventricolare dissipando energia

e come ammortizzatore durante la chiusura;

13. Nella parte interna una struttura ventricolare, lo strato più sottile con molte fibre

elastiche (elastina) che consentono le deformazioni e la resistenza ad esse.

Il foglietto resiste bene a trazione e la si può piegare bene. Le fibre di elastina consentono

distensione e ritorno elastico, mentre i fasci di collagene forniscono resistenza alla trazione,

limitano la distensione e prevengono la rottura. Servono entrambi per rendere più efficiente

il sistema valvolare, maggior velocità di apertura e chiusura della valvola.

Dal punto di vista meccanico,

se sollecito il foglietto in diverse

direzioni, il suo comportamento

meccanico potrebbe essere

differente e infatti vedo qui: 8

Sono i diagrammi visti nelle prove meccaniche di biomateriali, prendo il provino, lo sollecito

con una forza e vedo quanto si allunga e faccio grafico sforzo-deformazione. All’inizio c’è un

comportamento lineare tra sforzo e deformazione e posso conoscere l’andamento

elastico. Uso una macchina di prova molto più sofisticata rispetto ad altre strutture. Afferro

le estremità e cerco di allungarlo: normalmente c’era lo snervamento, ma qui invece che

snervare tiene ancora di più, è come se ci fosse una specie di molla che si dilata poi dopo alla

fine non si rompe ma bisogna rompere il materiale contributo elastico e poi di resistenza.



Si sono tutte distese le fibre e danno poi resistenza, che è diversa tra il campione

circonferenziale o radiale (freccia blu). La resistenza del foglietto c’è in tutte ma il

comportamento più diverso si ha per la struttura fibrosa resistenza maggiore se



trazione circonferenziale. Queste caratteristiche meccaniche devono essere mantenute

nel tempo.

Cause delle patologie valvolari: ci sono diverse patologie che portano al dover cambiare

la valvola se non funziona più e poi per capire come e quando va sostituita. Legate tutte a

condizioni patologiche non solo delle valvole, ma che poi inducono variazioni del tessuto

valvolare che danno disfunzioni e poi rovinano il tessuto:

14. Febbre reumatica: arriva da problemi reumatologici e da infiammazione alla valvola,

innesca un’alterazione delle cellule e si danneggia il tessuto;

15. Endocardite: infezione dell’endocardio che porta a danni alle valvole causata da une

vento patogeno come batterio o virus;

16. Degenerazione mixomatosa: processo degenerativo del tessuto connettivo con aumento

di glicosamminoglicani, colpisce la valvola mitralica e il tessuto perde elasticità;

17. Degenerazione calcifica: calcificazione, causa comune della malattia della valvola

cardiaca negli anziani ed è la causa maggiore di stenosi aortica;

18. Anomalie congenite: difetto più comune della valvola aortica, soprattutto nei neonati,

con due foglietti invece che tre (valvola bicuspide). Il problema è che nei bambini si

cresce ed è difficile non modificarla più. Serve una valvola che cresce insieme

all’organismo, cosa molto difficile, quindi servono alternative diverse, come dispositivi

che crescono insieme a lui. 9

Diagnosi delle patologie valvolari: quando qualcuno arriva con un problema si deve

capire se sono o no danneggiate le valvole e posso farlo analizzando:

19. Rumore: se il sangue scorre in una valvola malata si crea un rumore sibilante, il

murmur. Ci può essere flusso ristretto o irregolare o flusso rigurgitante (soffio al cuore);

20. Ecocardiografia: può indicare movimenti anomali della valvola e morfologia, prima si

faceva solo lo studio del rumore, ora molto spesso si fa questo. Eco Doppler serve per

studiare la velocità rilevata che riflette la gravità della stenosi valvolare e del rigurgito;

21. Cateterismo cardiaco: utilizzare un mezzo di contrasto e acquisire immagini del cuore.

Vedo che posso studiare la disfunzione valvolare in molti modi differenti. Quando la valvola

non fu