Appunti completi di Dispositivi Impiantabili attivi

8HGETVFtENERGETCHF.me

Ivoriano

1 Fonti interne

energetiche 3

pag

di batteria

2 Funzionamento una generica 4

3

pag

Batterie definizioni

3 5

4

pag

Simbolo modello

4 circuitale elettrico

e

di batteria 7

una 5

pag

Potenza

5 di

disponibile generatore 8

pag

un

6 Curva di scarica 9

pag io

Banco

7 scarica

di semplice pag Io

Autonomia

8 pag 13

Io

Batteria Iodio

9 litio 15

13

pag

stechiometria

Capacità

io 15 17

pag

della

funzione di

corrente

ii capacità in

scarica 17

pag

Litio SUO

Batterie

12 21

18

pag

SUO basse

B li

Batterie correnti

per 21 23

impulsive pag

Batterie litio Fx 23

14 25

pag

Batterie Tienile

litio

15 clorurodi 26

25

pag

Telemetria 27

16 programmabilità

tale pag

e

di

Modalità 28

17 29

comunicazione pag

Trasmissione

18 luminosa 29 31

pag

Canale 38

32

19 magnetico pag

20 38

elettromagnetico

Collegamento pag

FezsmtTmitaln

TB

TISSUTF.CC

Inoltrare

di

1 Modello Huxley

Hodgkin 2

pag 5

Membrana

2 cellulare 2

pag

3 potentate

ogpeargjingne.de a

5

pag

Curva durata

4 intensità a il

pag

STTMOIATRICARDiaclfornearhan IN

trenino

Evoluzione

1 3

storica 6

pag

Codifica

2 modalità di

Funzionamento 6 il

pag

Rate

3 modulation 14

Il

pag

4 stimolazione

cateteri cardio 16

14

per pag

di 16

Tipo

5 stimolazione 17

pag

del

6 catetere

elettrico 17

Modello 21

pag

7 Elettrodi distali 24

21

pag

di

stadio di

8 uscita un 26

24

pacemaker pag

del condensatore

9 Dimensionamento 28

26

pag 28 32

sistema

io commutate

capacità pag

a

Considerazioni carica

sulla

ii energetiche

di condensatore

un non completamente 34

32

scarico pag

reale

Pacemaker

12 35 36

pag 38

13 Manuale Erice 37

pag

pacemaker 42

del

Descriciane 38

14 sistema pag

Funzionalità 44

15 del 42

dispositivo pag

Modalità di tipi

stimolazione

16 e

di 58

45

intervallo pag

della

Me al

risposta

Impostarioni 58 59

pag

magnete 62

della

18 60

Isteresi frequenta pag

dell dinamico

intervallo

Funzioni AV

19 63

pag 65

63

Isteresi dell'intervallo AV

20 pag

della del

stimolazione

21 Soppressione 65 68

ventricolo pag

di

Cambio 68

l'aritmia 70

22 modo pag

per 76

della

23 automatica 70

Misurazione soglia pag 80

77

statistiche

24 pag

tricamerali

Pacemaker 83

25 81

pag

DETIBRIELATRICARDIOVERSORIMFUMNAFORMARKONNAMI

IMPIAATABillwah.no

Ivoriano

1 del dispositivo 2

Impianto 4

pag

del

2 Dimensionamento 9

4

condensatore pag

la

Quando

3 erogare

scarica 9 il

pag

Rivelazione 12

4 17

pag

termine

5 dell'episodio 18

17

pag

PR 18

logica

6 pag

Pattern 20

Analysis 19

7 pag

Criterio di

8 stabilità 20

pag

9 Trattazione episodi

degli 21

tachi aritmici 20

pag

di la

Conferma VF

io dopo

iniziale

rivelazione 21

pag 25

Terapie 22

ATP

ii pag

Trattamento delle

12 tachi

aritmie 25

cardioversione pag

con

Smart 25

mode

13 pag

bradicardia

anti 26

trattamento

14 pag

Ottimizzazione di

del 26

tempo

15 pag

carica

MONITORCARDIACIIMPIANTABILIMONTORTARMAMMAMMABUI

Ivoriano LINO

sistema

1 3

2

pag

dei

Determinazione

2 parametri

il delle

riconoscimento

per

aritmie 5

3

pag

Visualizzazione 6

dati

3 dei pag

Parametri 6

4 programmabili pag

ndef

VEDELFRENiCThmaasnon

IMOLAZ.IO

5

Inorridire

1 Consumi 3

pag

periodo

2 4

respiratorio 3

pag 10-03-20

impiantabile

highest Attimi

→

Stato dell’arte: pacemaker il più piccolo del mondo è impiantato direttamente nel ventricolo

destro.

ARGOMENTI DA RIVEDERE

• Fisica I e II

• Analisi matematica

• Analisi dei segnali

• Fisiologia

• Elettrotecnica

Transitori del primo ordine

◦ Energetica del condensatore

◦ Energetica del bipolo in regime sinusoidale

◦

• Elettronica

Potenza disponibile di un generatore

◦ Teoremi di Thevenin e Norton

◦

COSA SONO I DISPOSITIVI IMPIANTABILI ATTIVI

La de nizione è quella riportata nelle direttive e nel regolamento.

DIA: dispositivo medico attivo (funziona secondo una energia generata che non è quella del

corpo umano nè quella di gravità) destinato ad essere impiantato nel corpo umano, anche in un

ori zio, destinato a restarci anche dopo l’intervento chirurgico o medico.

Di solito traggono energia da batteria non ricaricabile, ma il 10% prendono energia da un

accumulatore (ricaricabile) o al di fuori del corpo umano.

Esempi: pacemaker, de brillatori cardioversori impiantabili, CRT (pacemaker risincronizzati), CRTD

(CRT con de brillatori cardioversori), holter impiantabili, dispositivi di assistenza ventricolari,

stimolatori vari, impianti cocleari, pompe di infusione impiantabili, monitor di pressione polmonare,

etc.

Esistono circa 300-350 diversi apparecchi elettromedicali, mentre i DIA sono meno di 20-30

dispositivi diversi. Ce ne possono essere altri 10-15 tipi che sono attualmente in fase di

→

sperimentazione sono circa un decimo rispetto agli apparecchi elettromedicali.

CENNI ALLA STORIA DEI DIA

Nascono circa 62 anni fa (1958). La storia serve per sapere come sono evoluti, perché se capiamo

questo, abbiamo la capacità di prevedere quale sarà l’evoluzione futura.

→

Il primo pacemaker è stato impiantato nel 1958 portano la stimolazione all’interno del cuore.

transistori unigiunzione,

Come mai nel 1958? Perchè sono iniziati a essere messi nel mercato i

→

con i quali si poteva realizzare un oscillatore ogni 750-800 millesimi di secondo erogava un

impulso elettrico ai ventricoli in modo da farli contrarre.

La storia dei DIA è strettamente legata alla storia della tecnologia.

Il paziente del primo pacemaker morì nel 2011, visse parecchio grazie al pacemaker, anche se

→

avevano autonomie molto limitate il paziente aveva impiantato altri 25 pacemaker dopo il primo.

→

Nel 1960 il pacemaker evolve il limite del primo pacemaker era che gli elettrodi erano posti sul

pericardio del paziente e quindi per eseguire il posizionamento degli elettrodi era necessario operare

→

una toracotomia, che non era una cosa banale in quegli anni i polmoni collassano, bisogna

collegare il paziente ad un respiratore automatico a pressione positiva. Questi dispositivi esistevano,

→

ma non erano moltissimo di usi l’intervento era lungo e di cile.

L’idea successiva di ingegneri sudamericani e statunitensi fu quella di collegare il generatore al

transvenosa,

cuore tramite cateteri che potevano arrivare al ventricolo destro per via di solito

→ →

tramite la succlavia non era necessario aprire il torace del paziente paziente dimesso in circa 3

→

giorni, 30 giorni prima di riprendere le attività normali benissimo!

Negli USA, a Minneapolis, il primo a impiantarlo fondò una ditta di produzione di batterie per DIA.

Nel 62-63 iniziarono ad essere impiantati pacemaker transvenosi in maniera più frequente in

Francia, USA e Svezia.

Nel giro di pochi anni l’impianto di pacemaker si estende in tutta l’Europa.

In Italia si lavora sempre in quegli anni, ma si fa di più: il professor Luigi Donato, cardiologo, fonda

l’Istituto di siologia clinica del CNR di Pisa, lavorava in quegli anni con un docente, sico, professor

Franco Denoth, ricercatore; insieme, sfruttando le facilities del centro CNR svilupparono il primo

autosincronizzante:

pacemaker avevano batterie al nichel-cadmio e un’elettronica molto semplice.

La grossa innovazione portata da questo pacemaker fu quella di stimolare il ventricolo destro in

modo sincrono con il ritmo spontaneo. Con gli altri, si andava a stimolare in modo asincrono, ma se

lo stimolo era forte andava bene, no a che il ritmo spontaneo non aumentava e portava a con itti,

che davano al paziente rischi no alla brillazione ventricolare.

Nel ‘67 quindi il primo pacemaker stimolava il ventricolo sincronizzandolo con il ritmo spontaneo,

ra orzando la depolarizzazione spontanea dei ventricoli; se il ritmo residuo del paziente fosse

scomparso, perchè diminuiva la frequenza o si instaurava un blocco atrio-ventricolare, il pacemaker

→

continuava a stimolare in modo asincrono il ritmo cardiaco interveniva solo quando c’era bisogno

→ vera grossa rivoluzione.

Oggi tutti i pacemaker funzionano analizzando il ritmo cardiaco, hanno modalità di funzionamento

diverse per soddisfare il bisogno clinico di pazienti con problematiche molto diverse tra loro.

totalmente

Nel 2012 una ditta (Medtronic) rese disponibile sul mercato il primo pacemaker

impiantabile che non ha bisogno di cateteri ma che è tutto all’interno del ventricolo destro

endoventricolare privo di cateteri).

(pacemaker

Il dispositivo ha delle “ancorette” sul basso per essere ancorato al ventricolo. Ha un autonomia di

circa 12 anni. de brillatori cardioversori impiantabili,

Dopo i pacemaker nascono i ma solo nel 1980 perchè non

esistevano batterie buone abbastanza. Il primo fu impiantato a Baltimora, prima ancora di essere

licenziato dalla FDA grazie ad una deroga speci ca.

Nel 1985 ottennero la clearance dell’FDA e poi si di usero nel resto del mondo.

Tutti gli altri DIA seguirono andando a rendere disponibili al medico dispositivi sempre più piccoli e

con autonomia sempre maggiore.

L’ultimo dispositivo che è stato sviluppato e che è in fase di licenziamento è un misuratore di

pressione inserito in arteria polmonare, inserito tramite una tecnica simile a quella per inserire il

→

pacemaker endocardico non continente batteria, alimentato dall’esterno e telemetrico, potendo

misurare istante per istante la pressione.

Nei prossimi anni vedremo sempre più dispositivi impiantabili attivi.

MERCATO DIA

• Pacemaker

4 milioni di impianti di pacemaker

◦ Ogni anno impiantati 500 mila nuovi dispositivi

◦ Ogni 13-14 anni bisogna sostituire il pacemaker

◦ →

Mercato 4-5 miliardi di euro l’anno

◦

• Tutti i DIA licenziati →

Mercato complessivo di circa 10 miliardi di euro l’anno dal punto di vista del mercato non

◦ →

sono poi così tanti a nchè sia un mercato remunerativo, le ditte non devono essere

troppo numerose. →

Oggi in Europa-USA-Giappone esistono 10-12 produttori molto pochi, anche rispetto ai

◦ produttori di apparecchi elettromedicali

SBOCCHI PROFESSIONALI PER I BIOMEDICI IN QUESTO SETTORE

→

• Pochi posti di lavoro legati alla progettazione (circa 2000 posti a livello mondiale posti liberi

ogni anno circa 100-300, molti negli USA, pochi in Europa, pochi in Giappone)

• Mercato più orido (parecchie decine di posizioni l’anno in Italia, stessa cosa negli altri paesi più o

→

meno simili ≈ 400 posizioni l’anno in Europa)

→

Product specialist a anco all’equipe medica durante l’impianto del dispositivo

◦ → →

Field engineer è un product specialist che ha la responsabilità di una o più regioni è

◦ colui che coordina tutti i product specialists che lavorano in una certa area geogra ca

Per a ancare il medico nella scelta dei dispositivi e degli accessori e assistenza del medico

◦ nella fase di impianto per andarlo ad aiutare nella fase di programmazione dei dispositivi

PERCHE’ UN CORSO DI DIA?

Solo al PoliTo c’è questo corso a livello di laurea triennale. →

1. I DIA sono dispositivi medici all’avanguardia dal punto di vista tecnologico opportunità di

→

lavorare in un settore in fortissima espansione nel prossimi anni non si avranno momenti di

contrazione

2. Il mercato del lavoro in questo settore o re concrete possibilità di inserimento e ottima crescita

professionale

3. L’ingegnere biomedico è una gura essenziale, estremamente richiesta dal medico come

→

supporto nelle situazioni più impegnative oggi i dispositivi sono molto complessi, serve

perchè il paziente tragga il massimo bene cio dal dispositivo

COSA BISOGNA CONOSCERE DEI DIA?

• Aspetti progettuali

Non bisogna sapere moltissimo perchè ci sono poche posizioni lavorative

◦ Importanti alcuni aspetti speci ci, nell’ottica di conoscere meglio i principi di funzionamento,

◦ le limitazioni e per essere in grado di capire se è possibile creare un altro tipo di dispositivo o

meno

• Aspetti legati al funzionamento

Aspetti richiesti dalle ditte che producono i dispositivi

◦ È quello che interessa anche al medico che vuole l’ingegnere come supporto

◦

ARGOMENTI DEL CORSO

• Aspetti trasversali tra i dispositivi

Sorgenti energetiche (interne, esterne, etc)

◦ Stima dell’autonomia o del fabbisogno energetico

◦ →

Telemetria e teleprogrammabilità registrazione di segnali, elaborarli, memorizzarli e fornirli

◦ al medico su richiesta e possibilità di programmazione dei dispositivi a seconda dei bisogni

del paziente

Analisi di fattibilità per individuare i limiti che bloccano dal punto di vista di mettere.

◦ Disposizione dei dispositivi di nuovo tipo e i problemi di tipo tecnico

• Aspetti legati al singolo dispositivo

Caratteristiche tecnico/circuitali

◦ Caratteristiche funzionali

◦ Stato dell’arte

◦ Sviluppi futuri

◦

DISPOSITIVI STUDIATI NEL CORSO

• Pacemaker

• De brillatori cardioversori impiantabili

• CRT e CRT-D

• Monitor impiantabili del ritmo cardiaco (ICM)

• Stimolatori del nervo frenico

• Stimolatori per gastroparesi ed enteroparesi

• Stimolatori antalgici

• Stimolatori urinari (controllo della minzione e dell’incontinenza)

• Pompe di infusione impiantabili

I pacemaker senza cateteri vengono inseriti attraverso la vena femorale, poi nella vena cava

superiore e poi nel ventricolo destro tramite la valvola tricuspide. Si rilascia il mezzo di

contrasto per vedere bene l’apice del cuore e poi si aggancia con una specie di cavatappi

alla ne del dispositivo.

Nel ventricolo destro possono essere contenuti contemporaneamente no a 4 di questi

dispositivi, anche se solo uno per volta è funzionante.

847EETVFtENERGETCHF.me

Ivoriano

1 Fonti interne

energetiche 3

pag

di batteria

2 Funzionamento una generica 4

3

pag

Batterie definizioni

3 5

4

pag

Simbolo modello

4 circuitale elettrico

e

di batteria 7

una 5

pag

Potenza di

5 disponibile 8

generatore pag

un

6 Curva di scarica 9

pag io

Banco

7 scarica

di semplice pag Io

Autonomia

8 pag 13

Io

Iodio

Batteria litio

9 15

13

pag

stechiometria

Capacità

io 15 17

pag

della

funzione corrente di

in

capacità

ii scarica 17

pag

SUO

Litio

Batterie

12 21

18

pag

SUO basse

li

B Batterie correnti

per 21 23

impulsive pag

Batterie litio Fx 23

14 25

pag

Batterie di

15 litio Tienile

cloruro 26

25

pag

Telemetria 27

16 teleprogrammabilità

e pag

di

Modalità 28

17 29

comunicazione pag

Trasmissione

18 luminosa 29 31

pag 38

Canale

19 32

magnetico pag

20 38

elettromagnetico

Collegamento pag 11-03-20

ENERGEichf.me

SORGENTI

L’evoluzione in termini di dimensioni, in 20 anni, è molto evidente nelle batterie.

Un DIA deve necessariamente disporre di sorgenti energetiche perchè un DIA, essendo attivo, deve

poter disporre di una fonte di energia diversa da quella del corpo umano e della forza di gravità.

energia elettrica,

I DIA vengono normalmente alimentati mediante in due modi diversi:

• Si dota il dispositivo di una sorgente energetica interna, come nei pacemaker, e si devono avere

→

caratteristiche adeguate per far funzionare il dispositivo per un tempo abbastanza lungo si

deve ottenere un adeguato quantitativo di energia

Si parla di batterie non ricaricabili nel 90% dei casi

◦ Il 10% sfrutta batterie ricaricabili (accumulatore) o un altro modo (telealimentazione)

◦ ‣ Per gli accumulatori ho bisogno di una sorgente esterna per poterli ricaricare di tanto in

tanto, quindi non si usa per DIA che servono a supporto della vita, come i pacemaker

→

Telealimentazione

• attraverso induttori mutuamente accoppiati si trasferisce dall’esterno

energia elettrica al dispositivo impiantato, quando abbiamo bisogno che il dispositivo funzioni

Non può essere fatto per dispositivi che devono funzionare 24h su 24

◦ Ad esempio per un DIA che deve funzionare solo quando il medico lo richiede (ad esempio

◦ un misuratore di pressione nell’arteria polmonare).

Ci sono criteri che consentono di decidere quale metodo è meglio per ogni DIA.

Un pacemaker ha un’autonomia