Inginerie biomedicala

Curs nr

Dispozitive cardiovasculare

• Introducere

• Valve cardiace – Mecanice

– Bioprosthetice

• Pacemaker

• Grefe vasculare

• Rinichi artificiali

• Dispozitiv de suport circulator

Introducere

• Afectiunile cardiovasculare sunt una din principalele cauze de deces.

• Multe cercetari s-au orinetat catre tehnologii avansate pentru dispozitive cardiovasculare care sa inlocuiasca functiuni pierdute

• In cadrul acestui curs vor fi abordate – Valve cardiace – Stenturi – Pacemaker – Defibrilatoare implantabile – Hemoanalizoare – Catetere – Dispozitive de suport pentru circulatie – Oxigeneratoare pentru sange

Valve artificiale

• Studiu de piata – Anual se fac peste 350000 de implanturi de valve din care peste

50% sunt mecanice artificiale

• Istoric – Proiectarea valvelor cardiace artificiale dateaza inca din 1950

existand mai mult de 80 de variante constructive

• Exista doua tipuri generale de inlocuiri de valve – Mecanice – Biologice

• Valvele mecanice sunt de trei tipuri – Caged-ball – Single-tilting-disc – bileaflet

Clasificare

• Valve preluate de la acelasi pacient

– Homograft biologic valves obtinute din valve aortice umane

– Autograft- valve pulmonare mutate chirurgical in locatie aortica

• Prelevate de la animale

– Heterograft bioprosthetic valves obtinute din tesut pericardial de la porcine sau bovine asezate pe o structura suport

Valve mecanice

• Caged-ball mechanical valve folosesc o sfera din polimer constransa intr-o cusca metalica

• Single disc valves au un disc central care ocluzeaza un inel

• Bileaflet valves

Conditii impuse

• Considerente structurale – Oboseala si integritatea dispozitivului – Profilul valvei – Rotabilitatea – Interferenta de ocluziune

• Uzura asociata solicitarilor de milioane de mii de ori la inchidere si deschidere au impus folosirea unor oteluri durabile si a unui inel polimeric rezistent

• Rotabilitatea sugereaza un optim al orientarii care sa minimizeze turbulenta si existenta semnalelor microembolice existente in vivo

• Ocluziunea –alegerea acelor solutii care impiedica realizarea inchiderii complete (tesuturi adiacente, resturi de valve remanente sau material chirurgical )

Conditii impuse

• Factor hemodinamic – Gradientul de presiune transvalvular – Durata de deschidere a valvei – Fractia regurgitanta dinamica – Rata statica de curgere

• Gradientul de presiune transvalvular este o functie de regimul de curgere (laminar sau turbulent) si de suprafata efectiva a orificiului

• masa elementului ocluziv si mecanismul de actionare joaca un rol important in durata de deschidere a valvei si in fractia regurgitanta dinamica

• Se are in vedere minimizarea depunerilor trombotice

Heterograft bioprosthetic valves

De la porcine De la bovine

Tendinte

• Cu implantare percutanata –

• minimum invaziv la implantare

• In pozitie aortica in valva nativa

• utilizarea de substante sintetice sau ţesut decelurizat semănat cu celule

Stenturi , terapii vasculare percutanate

• Stent = orice material folosit pentru a mentine in pozitie un tesut (Taber Cyclopedic Medical Dictionary)

• Percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA) - balloon angioplasty

• Sunt folosite la tratarea afectiunilo aortei si a oricarei interventii vasculare

• in medie 2 milioane de interventiipe an si in medie peste 70000 de implanturi pe an

Designul stenturilor vasculare

• Cerinte – Radioopacitate mare pentru vizualizare in

fluoroscopie

– Flexibilitate mare pentru a putea fi transportat pe artere

– Dimensiune mica pentru usurinta la transport

– Rezistenta la cantrareactia arteriala (spasm)

– Biocompatibilitate pe termen lung (pentru evitarea complicatiilor

– Durabilitate si rezistenta la coroziune

Variante • Se impart in doua categorii dupa metoda de

expandare

– Stent cu balon de expandare

– Stent cu autoexpandare

Flexibilitatea stentului

Pacemaker si defibrilatoare implantabile

• Se compun din doua componente implantabile si o componenta externa – Generatorul

– Firele de conectare

– Programator

• Cerinte – Nivel de complicatii redus

– Dimensiune mica

– Durabilitate

– Longevitate

Generatorul

• Generatorul si bateria trebuie sa stea aprox 5-9 ani in organism

• Mici

• Plate

• 20-30g

Conductor electric

• Se compune din

– Conectori

– Conductori

– Izolatori

– Electrozi

– Mecanisme de fixare

• Trebuie sa aiba diametru mic, sa fie flexibili, durabili, sa aiba caracteristici favorabile de consum, fixare buna pentru a preveni migrarea, biocompatibilitate buna

Programatorul

• Permite medicului sa sa faca setarile necesare

• Foloseste unde de radiofrecvanta sau campuri magnerice

Grefe vasculare artificiale

• Grefele vasculare artificiale sau proteze se clasifica dupa origine: biologica sau sintetica

• Grefele biologice pot fi

– Xenograft- de la alte specii si

– Autograft – de la pacient

• Abordarea va fi facuta pentru cele sintetice

Grefe vasculare sintetice

• Sa mimeze e native • Plasare chirurgicala usoara • Complexitatea manufacturarii si cost minim • Caracteristici biologice

– Biocompatibile – Rezistente la infectii – Antitrombotice – Durabile

• Caracteristici de implantare – Tipodimensiuni diferite – Sterilizare usoara – Saturabilitate buna – Flexibile la manipulare – Fara scurgeri de sange

Grefele comerciale polimerice • Sunt cu forma textila si nontextila • Cele textile sunt din tereftalat de

polietilena tesut sau tricotat • Cele netesute sunt fabricate in

general din politetrafluoretilena expandata

• se mai folosesc materiale ca • Nailon sau poliamide • Politetrafloretilena neexpandata • Poliacrilonitril • Poliuretrani (cel mai folosit)

Rinichi artificial

• Trei procedee fizice determina indepartarea toxinelor prin dispozitive bazate pe membrane – Convectie- indepartarea toxinelor prin membrane

semipermeabile

– Difuzie- afecteaza moleculele mici cu coeficient mare de difuzie

– Adsorbtie

• Convectia si difuzia sunt procese predominant fizice

• Adsorbtia este controlata prin forte electrostatice van der Waals

Tendinte

• Materiale noi biocompatibile pentru zona hemodinamica (Ex indep. Toxinelor fara indepartarea proteinelor benefice)

• Tumlin et al., 2008 rinichiul artificial a trecut de faza II a testelor clinice

Dispozitive de suport circulator

• intra-aortic balloon pump (IABP) 1968 prima aplicatie

• Consta dintr-o pompa externa care monitorizeaza variabilele fiziologice ale pacientului care ofera un volum de gaz printr-uncateter montat in aorta pacientului