Riassunto del corso di Progettazione di Endoprotesi

V P D P P P

max min 19

A livello assiale/longitudinale e circonferenziale ho due comportamenti diversi. Nella deformazione

circonferenziale, la protesi è tenuta

molto più rigida. A livello

progettuale la compliance perde

elasticità e il requisito di progetto

non viene rispettato, mentre nel

caso di deformazioni longitudinali i

risultati sono sovrapposti a causa

del fatto che la protesi è corrugata

e può allungarsi in senso

longitudinale al di là delle

proprietà meccaniche del tessuto.

In direzione longitudinale, quindi, il

corrugamento fa avvicinare il comportamento della protesi a quello naturale mentre nel senso

circonferenziale/radiale la deformabilità è dovuta al materiale e il Dacron è molto più rigido del vaso

naturale.

COMPLIANCE MISMATCH

Quando un tratto di arteria, nel caso specifico un tratto sostituito con una protesi vascolare, ha

proprietà elastiche radiali diverse dai tratti adiacenti (in genere maggiore rigidità) si hanno due

principali conseguenze:

 Fluidodinamica: discontinuità nella velocità di propagazione delle onde di pressione.

La sezione di interfaccia tra il vaso naturale e quello artificiale è la sezione in cui si verifica

la discontinuità fluidodinamica ed è sede di fenomeni di riflessione d’onda, tipici delle

singolarità geometriche. Le riflessioni d’onda possono provocare sovrapposizioni locali che

possono a loro volta causare la formazione di nuovi aneurismi.

 Sollecitazioni sulla sutura delle anastomosi termino-terminali: sono sollecitazioni dovute al

fatto che il vaso naturale si dilata radialmente mentre la protesi mantiene la dimensione

originale.

L’onda di pressione torna indietro a sommarsi a quella successiva creando delle

sovrappressioni che portano a dover subire pressioni maggiori rispetto a quelle per cui era

stata progettata. Il vaso può dare luogo ad aneurismi, non tanto a livello del tessuto ma a

livello del vaso che è collegato al tessuto.

A livello preclinico, per valutare la compliance mismatch si usa il metodo agli elementi finiti con un

modello computazionale, in cui si calcolano tramite programmi le sollecitazioni a livello delle suture.

Viene simulato l’innesto di un vaso artificiale in un bypass aorto - coronarico e viene valutato

l’angolo di innesto di sutura che causa fluidodinamica differente.

In base al tipo di materiale utilizzato come bypass si applica la pressione interna, si valutano i valori

di sforzo e si calcolano gli stati degli sforzi creati sulle pareti del vaso naturale e delle protesi, in

funzione del tipo di materiale e dell’angolo. Tutti questi processi hanno come presupposto la

conoscenza delle caratteristiche meccaniche dei vari tratti e tipi di materiale e di vaso naturale.

Un altro tipo di studio riguarda la misura tramite prove sperimentali dell’aumento del diametro del

vaso dopo l’impianto.

MISURE DI COMPLIANCE

I chirurghi misurano il diametro del vaso del paziente,

prendono una protesi con il diametro adeguato e dopo un

po’ si osserva che la protesi ha aumentato le proprie Iperteso

dimensioni.

Sono state fatte prove di laboratorio per cercare di capire di

quanto la protesi scelta deve essere più piccola e se la

dilatazione è un fenomeno continuo nel tempo che si

stabilizza dopo un certo numero di cicli. Normoteso

All’atto dell’operazione il chirurgo dava i dati della pressione

del vaso del paziente e il diametro di un anellino di protesi

impiantato nel paziente. 20

In laboratorio venivano fatte delle prove cliniche all’anellino della protesi in modo da trovare un

modo per capire il diametro che si deve impiantare.

Vediamo un anellino di protesi montato sul macchinario che applica una forza che replica il carico

sopportato dalla protesi all’interno del paziente.

Si deve muovere la macchina in modo che tutti gli sforzi che si creano sulla struttura siano gli stessi

che si hanno una volta che la protesi è impiantata.

Si devono applicare delle forze o degli sforzi:



  

F (

t ) f (

t ) L 2 (

t ) sL

• f(t) è la forza per unità di lunghezza che viene

applicata al singolo anellino della protesi

• L è la lunghezza della protesi h

• s è lo spessore

• F(t) è la forza che si impone nella macchina

Quindi: F (

t )

 

(

t ) 2 sL

In vivo, invece, si ha un tubo in pressione. Quindi, h b

per la legge di Mariotte:

 

2 F (

t ) P

(

t ) D

(

t ) sono tutti termini che variano con il tempo (ciclo cardiaco)

n

  

2 (

t ) s P

(

t ) D

(

t )

 

P (

t ) D (

t ) F (

t ) P (

t ) D (

t )

  

    

(

t ) 2 s F (

t ) P

(

t ) D

(

t ) L

2 s 2 s

Si suppone che il perimetro della struttura sia pari al diametro del vaso naturale:



2 R

   

D (

t ) 2 h (

t ) 2

b 4 , dove h(t) è lo spostamento attuato dalla macchina

4

2 

  

D (

t ) [ h (

t ) b R ]



Si trova h(t) istante per istante e poi D(t). Inserendo questi parametri nell’equazione, insieme alla

forza (che cambia per accompagnare la dilatazione della protesi), si osserva cosa succede alla protesi

nel tempo: La degenerazione può causare ulteriori dilatazioni.

Il fenomeno, comunque si stabilizza dopo 3 – 4 giorni.

Si avrà quindi una protesi deformata ma stabile.

Anche nei primi cicli della knitted abbiamo valori di

dilatazione importanti. Nel grafico sono riportati i

risultati ottenuti confrontando diverse protesi sui

pazienti. Woven mostra un fenomeno a regime e di

entità più moderata rispetto alla knitted dove i dati

ottenuti in laboratorio sono stati confrontati con dati

clinici. Conoscendo la pressione del paziente e il tipo di

protesi, sono in grado in tempo breve (1ciclo/sec) di

valutare la dilatazione del diametro della protesi: così

posso dire al chirurgo che protesi (con che diametro)

impiantare. A regime, con fenomeno stabilizzato, ho

una protesi coerente con il diametro del vaso del

paziente. Tutta questa procedura è stata validata dai

dati clinici e i dati in laboratorio sono stati confrontati

con i dati ottenuti sul paziente monitorato nel periodo

in cui si raggiunge il transitorio di dilatazione della

protesi. 21

STENT ENDOVASCOLARI

PATOLOGIA

Ostruzione dei vasi nel sistema circolatorio, che comporta restrizione dei vasi.

La patologia può essere trattata con protesi vascolari bypassando il vaso occluso, ma l’uso di stent endovascolare è

meno invasivo. Si tratta, infatti, di una struttura metallica che permette l’apertura e il suo mantenimento nel tempo.

Gli stent sono protesi permanenti.

ANGIOPLASTICA CON PALLONCINO

Il ripristino dell’apertura o della pervietà del vaso è lo scopo

dell’angioplastica. Si introduce un catetere nell’arteria brachiale che

risale il letto sanguigno fino al raggiungimento della zona occlusa

dalla placca. Il catetere finisce con un palloncino sgonfio, che viene

in seguito gonfiato con l’utilizzo di liquido in pressione (8 atm), in

modo da rompere la placca e ripristinare la pervietà del vaso.

Rimuovendo palloncino e catetere, vengono rimossi anche i residui

della placca evitando la formazione di trombi.

E’ una procedura molto usata in quanto è quasi priva di rischio, poco

invasiva e altamente risolutiva. Il problema di questa procedura è

legato al fatto che il vaso reso pervio ha alte probabilità di occludersi

nuovamente per due ragioni:

• se c’è placca, così come si è formata questa, se ne formerà altra

• risposta meccanica: il vaso è stato deformato e tende per recupero elastico ad ostruirsi.

Per evitare il problema di formazione di nuova placca, è stato introdotto lo stent.

STENT

Lo stent è una struttura metallica (99.9%) che viene inserito in un vaso per ripristinare una circolazione sanguigna

corretta in un vaso che non è più in grado di svolgere la sua funzione.

Si usa una tecnica percutanea, dato che si inserisce lo stent dall’esterno fino alla zona stenotica.

La tecnologia dello stent è relativamente recente: il primo impianto risale agli anni ’60 – ‘70. Il primo stent funzionale

è stato introdotto nel 1987 e presentava una maglia fatta da fili di metallo di piccola sezione (aut espandibili). Per

poter essere inserito, lo stent deve essere montato sul catetere per poi aprirsi una volta arrivato nella zona stenotica.

Si possono quindi individuare due conformazioni: crimpato (chiuso) ed espanso (aperto). Viene ancora usato. Il

secondo tentativo è più recente ed è costituito da una sorta di molla, piuttosto che avere dei fili intrecciati.

Il Palmaz - Schatz, nel 1994, fu il primo modello di stent approvato dalla

FDA (Food and Drug Administration, organismo che approva

l’immissione di dispositivi biomedici negli USA) e impiantato negli USA.

Aveva una maglia metallica fatta da tante sottomaglie.

Gonfiando il palloncino, si espande la struttura dello stent che giace sul

palloncino e, grazie alla pressione, lo stent rompe la placca e si ancora

sulle pareti contro il ritorno elastico del palloncino. Lo stent rimane nel

vaso fondamentalmente per attrito. Nasce, quindi, come evoluzione

della procedura dell’angioplastica. Da un diametro iniziale lo stent

viene gonfiato (deformazione plastica) fino ad una forma definitiva, con

un nuovo diametro. Si tratta quindi di un dispositivo che lavora nel

campo plastico. Sebbene solitamente si eviti di lavorare in questo

campo, in questo caso questa proprietà viene sfruttata perché è necessario deformarlo in maniera importante, dove

ε ε ε

< < . Esiste anche una diversa tipologia di stent che invece lavora in campo elastico.

snervamento finale

RISTENOSI

La tecnologia dello stent endovascolare risolve alcuni dei problemi dell’angioplastica ma ne mostra altri: si ripresenta

la patologia stenotica, che può rendere lo stent inefficace. Il fenomeno stenotico è un fenomeno adattativo del

tessuto che viene offeso dall’apertura dello stent e che, a sua volta, provoca il fenomeno infiammatorio. Questo

determina la deposizione di nuovo tessuto che va ad occludere nuovamente il lume del vaso: non si tratta più di placca

sclerotica ma di tessuto del vaso. Si ripresenta quindi una nuova stenosi ma per cause differenti da quelle che avevano

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scatenato la prima. Per rimediare si può inserire un secondo stent (stent in stent) o