Strumentazione Biomedica Strumentazione Biomedica Defibrillatori Univ. degli studi “Federico II” di Napoli ing. Paolo Bifulco Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatori • I defibrillatori sono dispositivi usati per applicare scariche elettriche di elevata intensità e breve durata attraverso il torace del paziente, al fine di riattivare il normale ritmo cardiaco. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 1 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Un ritmo cardiaco normale (fig. a), con una frequenza di battito entro i limiti necessari per un'immissione sufficiente di sangue in circolo da parte dei cuore. In caso di fibrillazione ventricolare (fig. b) l'attività elettrica è asincrona e asincrona è anche la contrazione di molte fibre ventricolari: la gittata cardiaca risulta pertanto insufficiente. • Il defibrillatore è anche usato per la correzione di aritmie legate ad ipereccitabilità del miocardio: fibrillazione atriale (fig. c), flutter (fig. d), tachicardie parossistiche (fig. e). Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillazione • La fibrillazione ventricolare è un aritmia (che può essere fatale) caratterizzata da una situazione elettrica e meccanica caotica. • E’ associata con malattie delle arterie coronarie, infarto del miocardio, tachicardia ventricolare, ma si può verificare anche per uno shock elettrico, sensibilità o tossicità da medicinali, annegamento, disturbi dell’equilibrio acido-base, etc. • L’unico trattamento efficace è un immediato contro-shock elettrico (defibrillazione) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Grazie, ne avevo bisogno! 2 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Posizionamento degli elettrodi Antero - posteriore Sterno - apice Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Posizionamento degli elettrodi • Impedenza transtoracica • Impedenza elettrodica di contatto corretto scorretto La prossima volta … prova a toglierli la camicia ! Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 3 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Alcuni defibrillatori sono caratterizzati da una forma d'onda sinusoidale smorzata. • Il circuito base (vedi figura) dell'apparecchiatura è costituito da un condensatore e da un'induttanza per la scarica dell'energia, (preventivamente accumulata nel condensatore), attraverso la resistenza offerta dal torace e dal muscolo cardiaco del paziente Tale circuito è preferibile rispetto Alimentatore a quello costituito da solo un tensione variabile condensatore in quanto produce sia meno aritmie post-scarica, sia meno danni ai tessuti, anche se la presenza V C dell'induttanza, aumentando la resistenza del circuito di scarica, ne diminuisce l'efficienza L R1 resistenza torace (~50Ω Ω) RT commutatore carica/shock Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore [A] 60 50 40 30 b 20 10 c a 2 4 • La forma d'onda prodotta da tale circuito dipende, oltre che dai valori di induttanza e capacità, dalla resistenza sia del circuito che del paziente. • Dipendendo da tali fattori, la forma d'onda può essere, come si può vedere dal grafico, poco smorzata e con una componente negativa (a), molto smorzata con decadimento molto lento (b) o smorzata al punto critico (c) in cui i valori della capacità, induttanza e resistenza sono tali da non determinare l'inversione di tensione. 6 8 10 12 14 16 18 20 [ms] Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 4 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • • • • • • • • • Durata dell’impulso 8-10 ms Commutatore energia 1-360 J ed oltre Tempo dei carica del condensatore 5-15 s Funzione di cardioversione (sincronizzato). Energia immagazzinata / erogata Impedenza torace paziente ca. 50 Ω (27-150) Impedenza elettrodica (pasta conduttiva) Area elettrodi 32 cm2 (adulto) Numero di shock possibili con batteria carica Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore C =Q/V C: capacità Q: carica V: voltaggio E: energia • Il condensatore è l'elemento che permette di immagazzinare l'energia che verrà scaricata, all'atto della defibrillazione. • Generalmente il valore di tale elemento è dell'ordine delle decine di µF e la tensione di carica dell'ordine dei kV. • L'induttanza, presente in serie al condensatore, permette di ottenere una forma d'onda di scarica smorzata consistente in un ampio impulso positivo della durata di alcuni millisecondi (tipicamente 5-10 ms). E = ½ C V2 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 5 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Schema semplificato …… Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Schema semplificato • Si impiegano 2 SCR per commutare la capacità in successione sulla resistenza toracica RT e sulla resistenza R2 interna Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 6 Strumentazione Biomedica Impulso di scarica • Esponenziale troncato i (t ) = I i e − t RC = t Vi − RC e R T T E (T ) = ∫ v (t )i (t )dt = ∫ Ri 2 (t )dt = [A] 0 T 2t 2 − RC ∫ RI i e Ii 0 T dt =RI i 2 − 2t RC dt = 0 0 impulso ∫e T 2t 2T − RC − RC 2 RC 1 − e RC = RI i − e = RI i 2 2 0 2 If 2T − 1 2 CVi 1 − e RC 2 ti T [ms] tf Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Impulso bifasico di scarica • Studi riportano che un impulso bifasico richiede meno energia rispetto a quello monofasico • Utilizzato dapprima nei defibrillatori impiantati è largamente utilizzato nei defibrillatori esterni [V] Impulso bifasico [ms] Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 7 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • INDICATORE: lo strumento è generalmente un kilovoltmetro tarato in Joule. Negli apparecchi meno recenti tale strumento riporta un'indicazione di energia accumulata dal condensatore, mentre negli apparecchi più moderni è generalmente riportata anche un indicazione dell'energia ceduta al paziente. • SELETTORE ENERGIE: tale blocco permette di predeterminare, agendo su di un opportuno selettore, l'energia che dovrà essere immagazzinata nel condensatore. In realtà questo comando seleziona la tensione di carica, determinando quindi in modo indiretto l'energia immagazzinata. E: energia Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Si distinguono in elettrodi per defibrillazione esterna (fig. a e b), da applicare sul torace dei paziente, ed interna (fig. c), da applicare direttamente sul miocardio. Sostanzialmente differiscono per dimensioni ed inoltre quelli interni devono poter essere sterilizzati. • In ogni caso consistono di due piatti di metallo (acciaio inox) montati su due manici isolanti sui quali sono presenti due interruttori che devono essere attivati contemporaneamente per permettere di erogare la scarica. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 8 Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Isolamento della parte applicata • Se l’operatore entra in contatto con il corpo del paziente in due punti diversi può essere attraversato da parte delle correnti di defibrillazione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore, cardioversione sincronizzata • La cardioversione sincronizzata è un altro tipo di terapia elettrica, usata nel trattamento di alcune aritmie diverse dalla fibrillazione ventricolare. Ad es., essa può interrompere l’attività di focolai ectopici atriali e ripristinare il ritmo SA. • Tecnicamente si dovrebbe sempre parlare di cardioversione sincronizzata. • A differenza della FV, altre aritmie presentano forme identificabili sul tracciato ECG. Bisogna prestare attenzione che lo shock NON venga emesso in corrispondenza periodo vulnerabile (onda T, refrattarietà relativa), potendo questa procedure indurre essa stessa fibrillazione ventricolare. Pronti … via! Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 9 Strumentazione Biomedica Defibrillatore, cardioversione sincronizzata • Diversamente dalla defibrillazione che può cedere energia in un istante durante tutto il ciclo cardiaco, la cardioversione sincronizzata fornisce energia durante la depolarizzazione ventricolare. • La sincronizzazione è ottenuta tramite il riconoscimento del complesso QRS. Il monitor deve essere dunque capace di riconoscere tale complesso o l’onda R (spesso tale riconoscimento è segnalato sul monitor). • Quando il defibrillatore è impostato nella funzione di cardioversore, l’impulso shock verrà erogato soltanto se risultano premuti gli appositi pulsanti e se è stata riconosciuta un’onda R Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillatore • Schema a blocchi di un defibrillatore - cardioversore Defibrillatore semiautomatico cardioversione Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 10 Strumentazione Biomedica Defibrillatore Linee guida per la scelta tipo di batterie e loro capacità numero di scariche alla massima potenza e tempo di ricarica presenza del rilevatore dell'impedenza di contatto piastra-cute possibilità d'uso come cardioversore presenza monitor ECG e registratore peso ed ingombro dell'apparecchio Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Defibrillazione • “La defibrillazione dipende dal successo della selezione di energia per generare un sufficiente flusso di corrente attraverso il cuore (corrente trans-miocardica) per ottenere la defibrillazione e, al tempo stesso che causi danni minimi al miocardio". American Heart Association. Circulation. 2000:1029(suppl I):I-90-I-94. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 11 Strumentazione Biomedica … • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Implantable Cardioverter-Defibrillator (ICD) • Defibrillatore cardiaco impiantabile Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 12 Strumentazione Biomedica impulso ICD • Le forme d'onda di impulso elettrico – Erogazione di corrente – Tempo – Direzione del flusso di corrente • Tre in uso oggi – Monofasica sinusoidale smorzata (MDS) – Bifasica esponenziale troncata (BTE) – Rettilinea bifasica (RBW) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Prestazioni al variare della forma d’onda • Soglia di defibrillazione Defibrillation Threshold (Volts) 300 250 200 150 100 ) 50 0 10M 2.5-7.5 3.5-6.5 5-5 6.5-3.57.5-2.5 Waveform Shape (msec) (Canine) epicardial electrodes Dixon et al. Circulation 1987;117:358-364. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 13 Strumentazione Biomedica Prestazioni al variare della forma d’onda • Percentuali di successo ORCA Trial (n=115) • Comparison of 200-360J monophasic shocks with • 150J biphasic shocks for out-of-hospital cardiac arrest Collapse to first shock = 8.9 minutes Outcome Monophasic Biphasic 1st shock success 36/61 (59%) 52/54 (96%) p<0.0001 3rd 42/61 (69%) 53/54 (98%) p<0.0001 49/58 (84%) 54/54 (100%) p=0.003 shock success Overall Success Schneider et al. Circulation. 2000; 102:1780-1787. Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Prestazioni al variare della forma d’onda • Percentuali di successo Randomized MultiCenter n=165 p=0.005 p<0.0001 Cardioversion Efficacy 100% 91% 79% 80% 68% 94% 85% 68% 60% 44% 40% 21% 20% 0% 100 J 200 J 300 J 360 J Monophasic Monophasi c Mittal et al. Circulation 2000; 101:1282-1287. 70 J 120 J 150 J 170J Rectilinear Biphasic Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 14 Strumentazione Biomedica Prestazioni al variare della forma d’onda • Corrente massima Monophasic at 200 Joules RBW @ 120J 15 Biphasic Truncated Exponential at 150 Joules Current Rectilinear Biphasic at 120 Joules BTE @ 130J 35 Mono @ 200J Time 43 0 10 20 30 40 50 Amps Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica ICD - forme d’onda • Le forme d'onda bifasiche differiscono per – – – – Forma Risposta ad impedenze diverse Erogazione di corrente Documentate prestazioni cliniche • Le forme d'onda bifasiche sono efficaci per defibrillazione esterna – Forniscono prestazioni equivalenti con meno energia – Le bifasiche rettilinee promettono prestazioni superiori Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 15 Strumentazione Biomedica … • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Distribuzione mondiale impianti • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 16 Strumentazione Biomedica ICD • Esempi Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Dimensione ICD • Dagli anni 1989-2000 Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 17 Strumentazione Biomedica Induzione di FV in fase di impianto Tracciato ECG di superficie • … Tracciato EGM endocavitario tacche di riferimento treno di impulsi ventricolari fibrillazione ventricolare di sincronizzazione shock su onda T (0.6J) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Shock e terminazione FV durante impianto • … Tracciato ECG di superficie Tracciato EGM endocavitario tacche di riferimento fibrillazione ventricolare shock (30J) ritmo sinusale Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 18 Strumentazione Biomedica Induzione di FV • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Finestre di riconoscimento • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 19 Strumentazione Biomedica Terapie • BURST: treno di impulsi ventricolari con ciclo equivalente ad una percentuale programmabile del ciclo dell’aritmia. • RUMP: burst in cui gli ultimi tre impulsi sono anticipati rispetto al ciclo iniziale • SHOCK Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Memoria del dispositivo • … Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 20 Strumentazione Biomedica Diagnostica ICD • Terapia antitachicardica erogata con successo in un episodio di tachicardia ventricolare Tracciato EGM in memoria Pacing Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Diagnostica ICD • TV trattata dal pacing con in evidenza i marcatori relativi agli eventi atriali (diagnostica bicamerale) Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 21 Strumentazione Biomedica Diagnostica ICD • Tacogramma (diagramma degli intervalli RR) con in evidenza l’erogazione del burst che risolve la tachicardia Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] Strumentazione Biomedica Diagnostica ICD • Episodio di TV in presenza di fibrillazione atriale. • L’applicazione del Burst termina l’episodio ventricolare Università degli Studi “Federico II” di Napoli ing. P. Bifulco: tel: 081 7683794 e-mail: [email protected] 22
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