Elektrostymulacja i defibrylacja serca. Elektroniczna aparatura medyczna 1 Wykład - 7

Transkrypt

1 Elektrostymulacja i defibrylacja serca Elektroniczna aparatura medyczna 1 Wykład - 7 1

2 Z historii John Hopps - pierwszy zewnętrzny rozrusznik serca Stymulatory w latach 50-tych były: ogromne zasilane prądem zmiennym zależne od zewnętrznych elektrod wymagały dużej energii stymulacji, co powodowało dyskomfort pacjenta 2

3 Z historii Pierwszy wszczepiony rozrusznik serca - 8 października 1958 r Szwecja Kardiochirurg Ake Senning Konstruktor Rune Elmeqvist Eementy: - elektrody nasierdziowe, - puszka po paście kiwi 3

4 Z historii Pacjent 43-letni inżynier Arne Larsson Pierwsze urządzenie wszczepione na stałe do organizmu. Rozrusznik pracował tylko 8 h Larsson zmarł w wieku 86 lat (nowotwór) Wszczepiono mu aż 24 rozruszniki 4

5 Z historii W Polsce pierwszy rozrusznik serca wszczepiono w 1963 r Profesor Zdzisław Kieturakis Dr Wojciech Kozłowski 5

6 Zaburzenia pracy serca Zbudowany z wyspecjalizowanych włókien mięśniowych, inicjowanie i koordynacja skurczów komór serca. generuje impuls elektryczny na minutę spoczynek 180 na minutę wysiłek (max) 6

7 Zaburzenia pracy serca Tachykardia zbyt częste skurcze Bradykardia zbyt rzadkie skurcze Asystolia brak skurczów Migotanie chaotyczna praca komórek mięśniowych Przyczyny - nieprawidłowości w przewodzeniu bodźców w obrębie przedsionków i/lub komór 7

8 Zaburzenia pracy serca Tachykardia szybkie impulsy stymulatora, impulsu o małej częstotliwości, dostarczenie do serca impulsu elektrycznego o stosunkowo dużej energii (kardiowersja elektryczna) Bradykardia i Asystolia - stymulatory czasowe lub wszczepialne Migotanie dostarczenie impulsu elektrycznego o dużej energii (defibrylacja elektryczna) 8

9 Rodzaje kardiostymulacji Stymulacja serca Czasowa Stała Inwazyjna Nieinwazyjn a Kardiostymulatory wszczepiane Kardioinwertery 9

10 Stała stymulacja serca Obwód wszczepialnego rozrusznika serca Rozrusznik Bateria Obwody scalone Złącza Elektrody Katoda (biegun ujemny) Anoda (biegun dodatni) Tkanka Rozrusznik Anoda Elektroda Katoda 10

11 Schemat blokowy kardiostymulatora Stymulator jednojamowy V 11

12 Schemat blokowy kardiostymulatora Stymulator dwujamowy V 12

13 Stała stymulacja serca - elektrody Elektrody izolowane przewody wykrywają i przewodzą sygnał depolaryzacji mięśnia sercowego przewodzą wygenerowane przez rozrusznik impulsy do serca 13

14 Stała stymulacja serca - elektrody Wymagania: wysoka czułość (duża pow. kontaktu) niskie i stabilne progi skutecznej stymulacji (mała pow. kontaktu) Oszczędność energii zasilającej Biokompatybilność Minimalizacja reakcji elektrochemicznych Minimalizacja włóknienia tkanek 14

15 Stała stymulacja serca - elektrody Sprzeczne wymagania (optymalizacja - zadanie inżyniera) 15

16 Stała stymulacja serca - elektrody Rozwiązania Elektrody wszywane otwarcie klatki Opracowanie techniki przez układ żylny nieinwazyjność Stopy stali Elgiloy lub palatyna i iryd końcówki Porowata końcówka pogodzenie wymagań stymulacja i odbiór (liczne otwory lub drucik otoczony siatką) Porowate spieki węglowe, węgiel porolityczny, 16

17 Stała stymulacja serca - elektrody Rozwiązania platyno-iryd lub tytan pokryty irydem o porowatej strukturze fraktalnej Mocowanie pasywne lub aktywne Element izolowany (wkręcany w mięsień) ochrona przed włóknieniem Przewody jedna lub dwie spirale 17

18 Stała stymulacja serca - elektrody Rozwiązania Elektroda jednobiegunowa ujemna końcówka kontakt z mięśniem, biegun dodatni obudowa stymulatora prosta konstrukcja większa niezawodność Elektroda dwubiegunowa ujemna końcówka, dodatni pierścień kontakt z mięśniem lepsza do detekcji, odporność na zakłócenia 18

19 Stała stymulacja serca - wszczepianie 19

20 Stała stymulacja serca Stymulator funkcje Wykrywanie aktywności własnej serca Skuteczna stymulacja serca Dostosowanie częstości stymulacji do potrzeb metabolicznych pacjenta Gromadzenie informacji diagnostycznych 20

21 Schemat pracy stymulatora 21

22 Tryby pracy stymulatora serca Tryb jedno-jamowy (AAI elektroda w przedsionku, VVI elektroda w komorze) Jedna elektroda (przedsionek lub komora) monitorowanie pracy serca Rytm podstawowy stymulatora maksymalny odstępy czasu pomiędzy skurczami Schemat działania Skurcz początek odliczania Kolejny skurcz nowe odliczanie Brak skurczu impuls stymulujący 22

23 Tryby pracy stymulatora serca Tryb dwujamowym z hamowaniem lub wyzwalaniem aktywnością własną (zwany fizjologicznym ) DDD Dwie elektrody (przedsionek i komora) monitorowanie pracy serca Kilka stoperów - osobno dla przedsionków i dla komór Kontrola zależności sekwencji przedsionków-komór Sprzyja lepszej wydolności serca 23

24 Tryby pracy stymulatora serca Tryb dwujamowym z hamowaniem lub wyzwalaniem aktywnością własną (zwany fizjologicznym ) DDD Stymulator może: dostarczać impulsy tylko do przedsionków (komory będą się kurczyć same), stymulować tylko komory (w odpowiedniej synchronizacji do własnych skurczów przedsionków), stymulować i przedsionki, i komory (jeśli przewodzenie własne całkowicie zawodzi nie stymulować serce samo pracuje prawidłowo. 24

25 Tryby pracy stymulatora serca W warunkach bojowych (VOO) Stymulator narażony na silne zakłócenia, np. podczas planowanych zabiegów lub badań. Ograniczenia wpływu zakłóceń przeprogramowanie w tryb asynchroniczny. Praca stymulatora - sztywna stymulacja (najczęściej tylko komory serca) z ustaloną prędkością Ograniczenie możliwości interpretacji sygnałów zakłócających jako własna aktywność serca i zahamowania stymulacji. 25

26 Oznaczenia stymulatorów 26

27 Nadzór i programowanie stymulatorów 27

28 Dodatkowe funkcje stymulatorów Optymalizacja pracy stymulatorów Poszukiwanie własnego rytmu lub przewodzenia przedsionkowo-komorowego pacjenta zmniejszenie ilości stymulacji oszczędzanie baterii korzystny wpływ na serce Zwolnienie rytm serca w nocy co ułatwia zasypianie poprawia sen Regulacja rytmu w zależności od aktywności pacjenta (tzw. Rate Response) przyspieszenie rytmu serca podczas wysiłku zwalnianie rytmu serca w czasie odpoczynku oznaczeniu dodatkowa literka R (AAIR, VVIR lub DDDR) 28

29 Kardiowerter-defibrylator ICD ICD - Implantable Cardioverter-Defibrillator Wysokoenergetyczne wszczepiane urządzenie elektroniczne. Wskazania występowanie szybkich arytmii (tachyarytmii). Budowa: puszka kardiowertera mały komputer bateria, elektrody cienkie i elastyczne (1 lub 2) Indywidualnie programowane Monitoruje pracę serca 29

30 Micra TPS (Transcatheter Pacing System) najmniejszy na świecie stymulatory serca urządzenie jest 10 razy mniejsze od standardowego rozrusznika implantacja przez żyłę udową metoda znacznie mniej inwazyjna od tradycyjnego wszczepienia 21 stycznia 2016 r. Poznań i Zabrze możliwość diagnostyki MRI 30

31 Micra TPS (Transcatheter Pacing System) 31

46 Stymulacja czasowa Rodzaje stymulacji czasowej Kardiostymulacja zewnętrzna Kardiostymulacja diagnostyczna Nieinwazyjna kardiostymulacja przezprzełykowa Przezskórna elektrostymulacja serca (stymulacja, defibrylacja) 46

47 Stymulacja czasowa Kardiostymulacja zewnętrzna Elektrody Wewnątrzsercowe Kardiostymulator zewnętrzny Elektrody nasierdziowe Umieszczane podczas operacji Usuwane przez wyciągniecie 47

48 Stymulacja czasowa Kardiostymulacja zewnętrzna 48

49 Stymulacja czasowa Kardiostymulacja diagnostyczna Elektrody wielobiegunowe wewnątrzsercowe Rejestracja wielokanałowa Impulsy częstotliwość na min Mechaniczne sterowanie końcówką elektrod Kontrola RTG położenia 49

50 Stymulacja czasowa Nieinwazyjna kardiostymulacja przezprzełykowa 50

51 Stymulacja czasowa Nieinwazyjna kardiostymulacja przezprzełykowa Zastosowania terapia i diagnostyka Bliskość obiektu (kilka mm od przedsionków ok 15 mm od komór) Progi stymulacji 3-15 ma przedsionki, ma komory 51

52 Stymulacja czasowa Przezskórna elektrostymulacja serca Defibrylacja 52

53 Stymulacja czasowa Defibrylator Urządzenie, które umożliwia przerwanie migotania komór i przywrócenie synchronicznej pracy serca. 53

54 Stymulacja czasowa Defibrylator - działanie polega na jednoczesnej depolaryzacji całego mięśnia serca w wyniku oddziaływania impulsem prądu o odpowiednio dużej energii. 54

55 Stymulacja czasowa Klasyfikacja defibrylatorów kształt impulsu defibrylującego, sposób sterowania impulsem, zakres zastosowań sposób obsługi 55

56 Stymulacja czasowa Impulsy generowane przez defibrylator Kształt tłumiona sinusoida, prostokąt wycinek eksponenty monofazowe (obecnie bardzo rzadko stosowane), dwufazowe, trójfazowe. 56

57 Impuls defibrylatora V tłumiona sinusoida wycinek eksponenty - monofazowy 0 V dwufazowy trójfazowy czas wycinek eksponenty 0 czas 57

58 Impuls defibrylatora 58

59 Impuls defibrylatora 59

60 Stymulacja czasowa Sterowanie impulsem sterowane energią kondensator magazynujący (energia dostarczona zależy od U i impedancji klatki) sterowane impedancją wybór aplikowanego prądu na podstawie pomiaru impedancji klatki (ang. transthoracic impedance TTI) (impuls testowy dobór U ładowania kondensatora) sterowane prądem aplikują ustaloną dawkę prądu (optymalny prąd do defibrylacji komór serca (30 40 A) skuteczna defibrylacja mniejsze zużycie prądu) 60

61 Defibrylator kliniczny Symbol Przykład urządzenia 61

62 Defibrylator automatyczny zewnętrzny Symbol Przykład urządzenia 62

63 Schemat zastępczy defibrylatora 1 ładowanie kondensatora 2 gwałtowne rozładowanie kondensator Impuls kilka ms ok 30A 63

64 Schemat blokowy defibrylatora 64

65 Elektrody śródoperacyjne elektrody wewnętrzne elektrody zewnętrzne metalowe przykładane do klatki (żel) elektrody jednorazowego - naklejane na powierzchnię klatki piersiowej 65

66 Elektrody Metalowe o powierzchni cm 2 Redukcja impedancji klatki piersiowej do wartości 20 Ω - duża powierzchnia elektrod, - silny docisk - stosowanie żelu przewodzącego 66

67 Ułożenie elektrod 67

68 Przepływ prądu w tkance 68

69 Bezpieczeństwo zabiegu defibrylacji Właściwa technika Porażenie kontakt z pacjentem lub metalowym łóżkiem Należy uprzedzić osoby postronne Proszę się odsunąć! Nastąpi wyładowanie! 69

70 Przykład urządzenia - AED Plus 70

71 Literatua 1. Grimnes S., Martinsen Ø.G., Bioimpedance and bioelectricity basics, Elsevier, Boston 2015, E-book 2. Augystynia P., Elektroniczna aparatura medyczna, Wyd. AGH, Kraków Nałęcz M. (ed.), Problemy biocybernetyki i inżynierii biomedycznej, tom 1 6, PAN Warszawa Pawlicki G., Podstawy inżynierii medycznej, Ofic. Wyd. Polit. Warsz. Warszawa Tadeusiewicz R., Augustyniak P. (red.), Podstawy inżynierii biomedycznej, T. 1 i 2, Wyd. AGH, Kraków Bogdanowicz S., Najłatwiejsza elektrokardiografia, Impuls, Gdańska