Dispositivi medicali e diagnostici

Dispositivi medicali e diagnostici: definizioni e nomenclatura

Le tecnologie mediche possono suddividersi in quattro categorie principali:

• Dispositivi medicali
• Dispositivi diagnostici
• Tecnologia dell'informazione
• Sistemi per la riabilitazione

Aspetto normativo

Il regolamento 2017/75 è la nuova direttiva dell'UE riguardo ai dispositivi medicali con l’obiettivo di assicurare il buon funzionamento del mercato interno dell’UE e garantire:

• Standard elevati di qualità e sicurezza.
• Proteggere la salute e la sicurezza di pazienti, operatori e terze persone.

Definizione di "Dispositivo Medico"

Qualunque strumento, apparecchio, apparecchiatura, software (algoritmo e sistema di calcolo), 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:

• Diagnosi, prevenzione, monitoraggio, previsione, prognosi, trattamento o attenuazione di malattie;
• Diagnosi, monitoraggio, trattamento, attenuazione o compensazione di una lesione o di una disabilità;
• Studio, sostituzione o modifica dell'anatomia oppure di un processo o stato fisiologico o patologico;
• Fornire informazioni attraverso l'esame in vitro di campioni provenienti dal corpo umano (inclusi sangue e tessuti) e che non esercita nel o sul corpo umano l'azione principale cui è destinato mediante mezzi farmacologici, immunologici o metabolici, ma la cui funzione può essere coadiuvata da tali mezzi.

Nomenclatura dei dispositivi medici

La normativa vigente assegna al Ministero della Salute, in qualità di Autorità competente, il compito di coordinare la vigilanza e il monitoraggio sulla circolazione dei Dispositivi medici.

Dispositivi medici

Le direttive comunitarie e le norme legislative italiane che le hanno recepite disciplinano, separatamente, tre categorie di dispositivi medici:

• I dispositivi medici impiantabili attivi (direttiva 90/385/CEE; decreto legislativo 14 dicembre 1992, n. 507)
• I dispositivi medici (in genere) (direttiva 93/42/CEE; decreto legislativo 24 febbraio 1997, n. 46)
• I dispositivi diagnostici in vitro (IVD) (direttiva 98/79/CE; decreto legislativo 8 settembre 2000, n. 332)

I dispositivi medici disciplinati dal decreto legislativo n. 46 del 1997 (cioè tutti quelli che non sono diagnostici in vitro) sono suddivisi in quattro classi:

• Classe I (basso rischio) - Dispositivi meno critici - la gran parte di quelli non attivi e non invasivi (classe I sterile - forniti in stato sterile; classe I m - quelli che svolgono una funzione di misura)
• Classe IIa - Dispositivi a rischio medio - dispositivi non attivi (invasivi e non) e dispositivi attivi che interagiscono con il corpo in maniera non pericolosa
• Classe IIb - Dispositivi a rischio medio/alto - dispositivi non attivi (specie invasivi) e dispositivi attivi che interagiscono con il corpo in maniera pericolosa
• Classe III (alto rischio) - Dispositivi ad alto rischio - dispositivi impiantabili, quelli contenenti farmaci o derivati animali e dispositivi che agiscono sulle funzioni di organi vitali

Dispositivi diagnostici in vitro (IVD)

Un dispositivo medico-diagnostico è:

• Un reagente
• Un prodotto reattivo
• Un calibratore
• Un materiale di controllo
• Un kit
• Uno strumento
• Un apparecchio
• Un’attrezzatura o un sistema destinato dal fabbricante a essere impiegato in vitro per l’esame di campioni provenienti dal corpo umano, inclusi sangue e tessuti.

Il grado di sicurezza, la qualità e le prestazioni degli IVD sono regolamentati dalla Direttiva Europea sui Dispositivi Medico-Diagnostici In Vitro, operativa negli Stati membri dal dicembre 1998 e recepita in Italia nel settembre 2000. Servono per una sperimentazione al di fuori del paziente e devono essere regolamentati (è regolamentata da una normativa a parte diversa rispetto a quella dei DM).

New EU Medical Devices Regulations

Introduzione

La maggior parte delle disposizioni MDR e IVDR si applicherà rispettivamente dal 26 maggio 2020 al 26 maggio 2022. Le disposizioni transitorie sono complesse e tutti i dispositivi devono essere conformi alle nuove regole.

Definizioni

Oltre a definire le definizioni di dispositivi e dispositivi diagnostici in vitro, la Guida interattiva fornisce una guida su prodotti estetici (es. lenti a contatto non correttive e filler dermici) che sono coperti per la prima volta dai regolamenti.

Classificazione

Sia l'MDR che l'IVDR richiedono una classificazione basata sul rischio. La Guida interattiva fornisce una panoramica del sistema di classificazione e include il seguente riepilogo utile.

Nuovi elementi

• Controllo ex-ante più rigoroso per dispositivi ad alto rischio
• Rafforzamento dei criteri per la designazione e il controllo degli organismi notificati, per assicurare la qualità del prodotto
• Inclusione di alcuni dispositivi estetici
• Introduzione di un nuovo sistema di classificazione dei rischi per la diagnostica in vitro
• Maggiore trasparenza attraverso l'istituzione di una banca dati completa dell'UE
• Sistema di rintracciabilità del dispositivo migliorato basato sull'identificazione univoca del dispositivo
• Introduzione di una "scheda di impianto" contenente informazioni sui dispositivi medici impiantati per un paziente
• Rafforzamento delle norme sull'evidenza clinica
• Rafforzamento dei requisiti di sorveglianza post-commercializzazione per i produttori
• Meccanismi di coordinamento migliorati tra i paesi dell'UE nei settori della vigilanza

I dispositivi devono essere progettati e fabbricati in modo tale da garantire le caratteristiche e le prestazioni di cui alla sezione I sui "Requisiti generali".

Particolare attenzione deve essere rivolta a:

• Scelta dei materiali utilizzati, in particolare per quanto riguarda la tossicità e potenziale infiammabilità
• Compatibilità tra i materiali utilizzati e i tessuti biologici, le cellule e i fluidi corporei, tenendo conto dello scopo del dispositivo
• Risultati della modellistica teorica la cui validità sia stata precedentemente dimostrata.

Difficilmente si riesce a dimostrare che il materiale sia perfettamente compatibile o per niente tossico, però si può derivare questa info da materiale già dimostrato in precedenza. La normativa prevede che se il materiale è tossico o non compatibile si può rilevare facilmente in modo da garantire sicurezza per il paziente.

Processo di definizione di conformità

Un processo specifico condotto dal produttore per dimostrare che un prodotto è conforme ai requisiti di vita legislativi prima di essere immesso sul mercato.

Diversi tipi di moduli collegati al tipo di rischio:

• Classe I - Non sterile / Non misurabile (es. cerotto) non ha bisogno di sistemi di controllo esterni
• Classe IIa
• Classe IIb
• Classe III

Due aspetti del prodotto: Design/Produzione

Due categorie:

• Controllato dall'azienda stessa (Classe I)
• Controllato da un organismo indipendente: Organismi notificati (Tutte le altre classi)

I dispositivi medici possono essere immessi in commercio nel territorio dell’UE previo ottenimento della certificazione CE. La certificazione CE garantisce che il prodotto sia stato sottoposto a procedure di valutazione di conformità che ne attestano la rispondenza ai requisiti essenziali della direttiva di riferimento.

La certificazione CE, per i DM superiori alla classe I, viene rilasciata da Organismi Notificati accreditati per la certificazione di specifiche tipologie di dispositivi medici e per specifiche procedure di marcatura. Il fabbricante può rivolgersi a qualsiasi Organismo Notificato accreditato, in Italia o in un altro paese europeo, a sua scelta. Tutti i dispositivi medici commercializzati in Italia devono essere registrati nella banca dati del Ministero della Salute come previsto dal D.M. del 21 dicembre 2009.

Valvole cardiache

Necessarie per patologie severe, le principali valvole che vengono sostituite sono quella aortica e mitralica. La struttura del tessuto della valvola funziona in maniera passiva, per cui si riesce a sostituire semplicemente, la morfologia della parete della valvola è costituita da 3 strati:

• Fibroso
• Spungioso
• Ventricolare

Ogni strato ha caratteristiche meccaniche diverse e le cellule endoteliali fanno da interfaccia tra tessuto e sangue, importante per la cascata della coagulazione. Il tessuto cambia continuamente posizione stringendosi e dilatandosi, quindi le cellule devono supportare questo stress. La geometria corrugata permette di diminuire le dimensioni del foglietto e dona integrità alla struttura. Le protuberanze le creano le fibre di collagene che dona proprietà meccaniche, le sollecitazioni senso in due sensi trasversale e longitudinale per supportare i carichi. La zona spungiosa che è materiale più amorfo, serve da collegamento con la parte esterna – ventricolare - che ha proprietà elastiche. Durante la sollecitazione la maggiore sollecitazione è nella parte inferiore. Le strutture sono ben organizzate per mantenere le caratteristiche meccaniche, resistenza e elasticità. La resistenza viene misurata tramite delle prove, mantenendo il tessuto in condizioni fisiologiche. Il foglietto della valvola ha caratteristiche meccaniche diverse a seconda della direzione della sollecitazione. Due forme di sollecitazione che danno risposte diverse. Ulteriore dilatazione indotta aumenta la pendenza della curva, le fibre rimangono molto tese e non si dilata di più il tessuto. Se dovessimo continuare troppo si potrebbe arrivare al carico di rottura. La zona che crea maggiore resistenza è quella del tessuto fibroso collagene. La direzione radiale offre resistenza meccanica che comincia a farsi sentire appena inizia stato tensione, aumentandolo di poco si osserva aumento della deformazione, il materiale resiste subito, non ha andamento bifasico come nella circumeferenziale. Il tessuto, avendo queste particolari strutture e resistenza, ha permesso negli anni di sviluppare valvole per la sostituzione. Le valvole devono riuscire a chiudere bene il foglietto della valvola e aprirlo. Quando aumenta la pressione nel lato interno della valvola, si apre la valvola completamente, con foglietti che si adagiano sulle pareti del condotto.

Malattie valvolari

Le condizioni patologiche che alterano la struttura cellulare, matrice e cellule infiammatorie possono portare alle seguenti problematiche:

1. Valvola che non si apre completamente, si crea un passaggio con lume ridotto, aumentano le resistenze, così aumenta la differenza di pressione per far passare stessa portata pressioni più alte, resistenze maggiore - Stenosi
2. Insufficienza valvolare - creata dai riflussi perché la valvola non chiude completamente i lembi, all’aumento pressione, c’è trafilamento del sangue, che va in senso contrario, diminuisce efficienza cardiaca e diminuisce flusso e portata
3. Se ci sono alterazioni di stenosi e ci sarà anche insufficienza - Stenoinsufficienza

Diagnosi

Si sviluppano in maniera silente all’inizio e non particolarmente progressiva, fino a una situazione grave. Importante diagnosticare il prima possibile:

Patologie valvolari

Sono diverse a seconda della valvola:

• Rigurgito valvola mitralica è una alterazione delle portate atrio-ventricolo sx
• Stenosi della valvola mitralica genera aumento pressione atriale sinistra > pressione ventricolare sinistra durante il riempimento diastolico.
• Rigurgito valvola aortica è il sangue che torna nel ventricolo sx
• Stenosi valvola aortica pressione ventricolare sx > pressione aortica durante sistole, si crea zona di turbolenza con rischio di danni alla parete e alla funzione piastrinica.

Ci sono meno esigenze cliniche nelle altre valvole per il fatto che le pressioni coinvolte sono minori e anche le sollecitazioni.

Trattamento delle patologie vascolari

I danni però progrediscono quindi a livello patologico l’agente farmacologico non può ripristinare la struttura. I farmaci mitigano la condizione patologica. I diuretici diminuiscono volume circolante. Necessità di attuare interventi diretti sulla struttura, come angioplastica, riparazione o sostituzione valvolare. Gli ultimi due sono i più usati, la riparazione quando è possibile, è invasiva e richiede CEC.

Sostituzione

Evitare il riflusso al 100% è ideale, si accetta una quantità di reflusso massima del 5% della portata. Radiopacità non si lasciano attraversare da raggi X, il paziente deve poter fare una TAC. Le valvole possono essere di due tipi:

• Meccaniche, tramite materiali artificiali biocompatibili
• Biologiche

Valvole meccaniche

Attualmente si utilizzano le valvole a emi-dischi (beleaflet). Due emi-dischi in materiale rivestito da carbonio pirolitico. Il posizionamento della valvola prevede la suturazione dell’anello alla parete cardiaca. La produzione è effettuata da macchine sofisticate per avere un controllo diretto sulla qualità che deve essere elevata e rispettare tutte le caratteristiche nel tempo. L’emidisco appoggia sulla parete dell’anello, la corrispondenza delle dimensioni permettono al sangue di non trafilare, è importante la tolleranza nei requisiti di progetto. Altra zona critica è l’unione dei due semidischi centrali che si devono toccare in modo da chiudersi perfettamente. L’apertura ha direzione non direttamente verticale, ma c’è un po’ di ostacolo del sangue. Ultima criticità è cerniera dei due emidischi, l’elemento di cerniera non deve creare giochi e questo punto così sollecitato non deve indurre rottura della valvola. Il comportamento fluido dinamico è migliore rispetto alle protesi precedenti.

Materiale: carbonio pirolitico, materiale sviluppato da 30/40 anni, che crea una struttura molto leggera e resistente. Carbonio ha strutture diverse:

• Grafite: resistenza meccanica bassa, con foglietti paralleli e con molto poca resistenza all’usura (lubrificanti)
• Diamante: disposizione in punte di tetraedri, legami molto stabili e fissi, il materiale è molto resistente meccanicamente.

Abbiamo bisogno di tutte e due le componenti di questi materiali: il carbonio pirolitico è un aggregato di cristalli che sono sia poco resistenti alla frizione che molto resistenti meccanicamente. Per realizzarli c’è un processo industriale. Due tecnologie per realizzarlo:

Sistema a letto fluido

Il carbonio pirolitico può essere depositato su pezzi già fabbricati con un sistema a temperatura e pressione controllate, usando un idrocarburo gassoso come fonte di carbonio ed un gas inerte come vettore. L’apparecchiatura consiste in un forno di pirolisi mantenuto ad alta temperatura (1000-2400 °C). Il gas inerte, ad esempio elio, e una miscela composta di un idrocarburo gassoso (metano, etano, propano, butano) fluiscono attraverso fori alla base del forno. Il calore opera la rottura dei legami chimici dell’idrocarburo e libera atomi di carbonio. Gli atomi liberati entrano nella camera interna del forno e colpiscono le particelle bersaglio che sono mantenute in galleggiamento dal flusso di gas inerti. Il deposito degli atomi di carbonio risulta uniforme su tutta la superficie delle particelle bersagliate, dato che queste sono in continua rotazione intorno al loro baricentro. La struttura e le proprietà del carbonio pirolitico depositato dipendono da:

• Temperatura di pirolisi
• Tempo di permanenza della miscela gassosa nella camera
• Superficie dei bersagli
• Composizione del gas

Dal momento che una cristallizzazione disomogenea porta a materiali meno stabili, è di fondamentale importanza controllare attentamente la microstruttura del carbonio depositato.

Per quanto riguarda i dischi delle valvole cardiache ed altre applicazioni che richiedono resistenza all’abrasione, nella maggioranza dei casi si usa una percentuale del 10-20% di silicio, che forma una lega con il carbonio. Meno frequentemente vengono introdotti elementi come boro, tantalio, vanadio, molibdeno, zirconio e titanio che combinandosi con il carbonio, formano carburi che migliorano le proprietà meccaniche dello strato depositato, maggior durezza e la resistenza all’usura.

Sputtering catodico

È una tecnica capace di creare rivestimenti in carbonio sia su supporti metallici che su polimerici. Le condizioni operative: bassa temperatura e bassa pressione. L’oggetto da ricoprire viene posto in una camera a temperatura ambiente contenente un gas inerte (es. argon) a pressione ridotta. Il pezzo viene bersagliato da microaggregati atomici emessi da un catodo in carbonio pirolitico sottoposto ad un fascio di elettroni prodotto da un filamento elettrico. Lo strato di copertura presenta la stessa struttura di quella del carbonio pirolitico che costituisce il catodo. Si ottengono rivestimenti molto sottili (spessore inferiore a 1 µm) superficiali dei substrati senza variarne la morfologia e le caratteristiche meccaniche. Lo strato di carbonio depositato è sufficientemente sottile da non interferire con la proprietà meccaniche dell’impianto. Le proprietà meccaniche del carbonio pirolitico e le sue caratteristiche isotrope gli conferiscono adeguati requisiti strutturali per i componenti delle valvole cardiache. Operazioni di manipolazione delle valvole durante lavorazioni e assemblaggio possono indurre cricche che possono poi propagarsi in intervalli di tempo anche brevi.