Sveuilite u ZagrebuFakultet elektrotehnike i raunarstva

Biomedicinska instrumentacija

Bi di i k i ijBiomedicinska instrumentacijaP4 Elektrostimulatori srcaP4 Elektrostimulatori srca

Ak.god. 2010./2011.

prof.dr.sc. Ratko Magjarevi

11

p gj

Elektrostimulatori srca Terapijski elektriki ureaji koji generiraju elektrine impulse

namijenjene podraivanju srca radi uspostave i/ili odravanja normalnog sranog ritma odnosno cirkulacije krvinormalnog sranog ritma odnosno cirkulacije krvi

Sistematizacija elektrostimulatora srca: po poloaju elektroda

vanjski (eksterni) s povrinskim elektrodama transezofagijski (elektrode u jednjaku) s elektrodnim kateterom uvedenim u srce putem krvoilnog sustava

ugradbeni (implantabilni) po trajanju stimulacijep j j j

privremeni -> vanjski trajni -> ugradbeni (postaju ugraeni ili usaeni ili implantirani)

po nainu rada po nainu rada asinkroni sinkroni

frekvencijski adaptivni ili fizioloki

2Biomedicinska instrumentacija

frekvencijski adaptivni ili fizioloki

Implantabilni elektrostimulatori srca Implantabilni elektrostimulator srca engl. implantable

cardiac pacemaker; hrv. kolokvijalno pacemaker Jedna od najuspjenijih primjena tehnologije u medicini

do sada600 000 i l t ij di j ij t 600.000 implantacija godinje u svijetu

Prva implantacija u ovjeka 1958. g. Danas implantirani stimulatori stimuliraju senziraju Danas implantirani stimulatori stimuliraju, senziraju,

komuniciraju i samostalno donose odluke o terapiji Zasnovani na mikroraunalima (raunalne snage Zasnovani na mikroraunalima (raunalne snage

priblino jednak osobnom raunalu) Frekvencija (repeticija) impulsa prilagouje se fizikoj

kti ti/ t b ij taktivnosti/ potrebama pacijenta Danas se govori o menadmentu srca (ne vie o

elektrostimulaciji)

3Biomedicinska instrumentacija

elektrostimulaciji)

Prvi implantirani elektrostimulator srca Rune Elmquist razvio je

prvi implantirani pacemaker 1958. g.

amplituda impulsa - 2 V irina impulsa - 1.5 ms stalna frekvencija 70-80

impulsa/min masa 180 g napajanje 2 Ni-Cd

ponovno punjive baterije + vanjski oscilator frekvencijevanjski oscilator frekvencije 150 kHz s krunom antenom

4Biomedicinska instrumentacija

antenom

Terapija sranih bolesti

Cilj terapije sranih bolesti je odravanje j p j j jkoordinirane funkcije srca prilagoene potrebama pacijenta, a postie se:p p j , p

odravanjem repetitivih kontrakcija srca, smanjivanjem potekoa uzrokovanih smanjivanjem potekoa uzrokovanih

nepravilnim radom srca,tit ij t d ih k lik ij zatitom pacijenata od moguih komplikacija

bolesti i terapije, poboljavanjem kvalitete ivota pacijenata.

5Biomedicinska instrumentacija

Terapija sranih bolesti

Terapija sranih bolesti moe se provesti: lijekovima, lijekovima, kirurki, elektrikom stimulacijom srca: elektrikom stimulacijom srca:

- akutna elektrostimulacija (npr. defibrilacija)privremena elektrostimulacija (vanjska)- privremena elektrostimulacija (vanjska)

- trajna elektrostimulacijai l ti i l kt ti l t i ( k ) implantirani elektrostimulatori (pacemaker)

implantirani kardioverteri/ defibrilatori

6Biomedicinska instrumentacija

Implantabilni elektrostimulatori srca

Poloaj elektroda i elektrodnih katetera pri ugradnji dvo-komornog elektrostimulatora: elektrode su ugraene u

7Biomedicinska instrumentacija

komornog elektrostimulatora: elektrode su ugraene u desnu pretklijetku i desnu klijetku (LA i LV)

Glavni dijelovi implantabilnog pacemakera

321

4

6

1. Kuite 4. Elektrodni kateter 52. Izvor napajanja3 Konektor

5. Elektrode6 Elektroniki sklopovi

8Biomedicinska instrumentacija

3. Konektor 6. Elektroniki sklopovi

Naini rada elektrostimulatora srca

Asinkroni (kompetitivni)( p ) Sinkroni (ne-kompetitivni):

sinkroni- sinkroni - na R val- inhibirajui na R val (on demand)- na P val

Fizioloki, frekvencijski adaptivni = repeticija stimulusa prilagouje se fizikoj aktivnostistimulusa prilagouje se fizikoj aktivnosti pacijenta

9Biomedicinska instrumentacija

Blok shema elektrostimulatora srca

10Biomedicinska instrumentacija

Monopolarna (unipolarna) elektrostimulacija

Elektrodni kateter ima samo jednu elektrodusamo jednu elektrodu prikljuenu na vrh katetera, a neutralna elektroda je jkuite stimulatora

elektroda katoda, t lj j h dpostavljena je u vrh desne

klijetke (apex) gustoa struje je najvea na

Anoda+

g j j jpovrini elektrode, a na kuitu stimulatora je zanemariva i u pravilu nemazanemariva i u pravilu nema vidljivih fiziolokih uinaka

Katoda

-

11Biomedicinska instrumentacija

Bipolarna elektrostimulacija

Dvije elektrode postavljene su na elektrodni kateter

katoda je postavljena h d klij ku vrh desne klijetke, a

prstenasta anoda nalazi se nanalazi se na udaljenosti od 10-20 mm od katode

A d

Diskusija: prednosti mono- i bipolarne Anodamono i bipolarne stimulacije

12Biomedicinska instrumentacija

Katoda

VREMENSKI DIJAGRAM inhibirajui na R val T

START(QRS iliSTIMULUS) STIMULUS

TTR TA

TN

P k i j t i i l ij d t f k ij i l ihPacemaker ima namjetenu minimalnu vrijednost frekvencije izlaznih impulsa T (tipino 60 72 imp/min), kojim se u sluaju izostanka normalnog sinusnog ritma srca, osigurava opskrba organizma krvlju. Unutar jednog ciklusa izmeu dvije kontrakcije klijetki T, bez obzira jesu li kontrakcije uzrokovane spontanim radom srca ili stimulusom, razlikujemo tri vremenska perioda:TR refrakterni period (refractory period)TN ispitni period (period mjerenja) okoline (noise sampling period)

13Biomedicinska instrumentacija

TN ispitni period (period mjerenja) okoline (noise sampling period) TA period pripravnosti (alert period)

Ispitni periodT

STIMULUS STIMULUSSTIMULUS STIMULUSEM smetnje

TNTNIspitni period namijenjen je ispitivanju prisutnosti utjecaja elektromagnetskih smetnji u okolini pacijenta.U sluaju detekcije pojave elektromagnetskih smetnji tijekom ispitnog perioda TN, na kraju ciklusa T izlazni stupanj pacemakera generirati e stimulus. Pojava spontane aktivnosti srca (QRS) u periodu

14Biomedicinska instrumentacija

j ( )pripravnosti se zanemaruje.

Period pripravnosti T

STIMULUSQRS STIMULUSQRS

TAA

Pojava spontane aktivnosti srca (QRS) tijekom perioda pripravnosti TA prekida (resetira) temeljni ciklus trajanja T i zapoinje novi ciklus

15Biomedicinska instrumentacija

TIspitni period - spontani QRS

T

STIMULUSSTIMULUSP QRS T

STIMULUSSTIMULUS

TNTR TA

TN

Pojava spontane aktivnosti u ispitnom periodu interpretira se na isti nain kao i pojava smetnje, tj. uzrokuje pojavu stimulusa na kraju ciklusa

16Biomedicinska instrumentacija

uzrokuje pojavu stimulusa na kraju ciklusa

Blok shema - Multiprogramabilni stimulator

17Biomedicinska instrumentacija

Programiranje pacemakera

18Biomedicinska instrumentacija

Source: SS Barold, Cardiac Pacemakers Step by Step, Blackwell, 2004

Telemetrija prijenos izmjerenih podataka

Source: SS Barold Cardiac Pacemakers Step by Step Blackwell 2004

19Biomedicinska instrumentacija

Source: SS Barold, Cardiac Pacemakers Step by Step, Blackwell, 2004

Elektrode

Naini privrivanja: epikardijalni (na

povrini srca) intramiokardijalni intramiokardijalni

privreni u unutranju stijenku srcaj

endokardijalni ili intraluminarni -pritisnuti na unutranjuI t i k dij l l kt d pritisnuti na unutranju stijenku srca

Intramiokardijalna elektroda

20Biomedicinska instrumentacija

Endokardijalna elektroda

Naziva se i elektrodom s pasivnim privrivanjem (passive fixation)

Hvataljke se poput j p psidra uhvate za vlakna s unutranje strane jklijetke (trabeculae, (fibrozna vlakna)( )

21Biomedicinska instrumentacija

Intramiokardijalna elektroda Spiralni vrh elektrode

se s pomou posebnog alata uvije u untranjualata uvije u untranju stijenku srca.

Postupak se prati Postupak se prati nekim postupkom medicinskog

l k oslikavanja, najee fluoroskopijom ili UZV

Elektrodu je mogue Elektrodu je mogue postaviti na bilo koju toku unutar desnotoku unutar desno srca

22Biomedicinska instrumentacija

Miokardijalne / Epikardijalne elektrode

Elektrode se postavljaju na povrinu srca

Zahtijeva kirurki zahvat Zahtijeva kirurki zahvat otvaranja prsnog koa, jako invazivan zahvat, te se stoga danas epikardijalne elektrode p jugrauju jako rijetko

Koristile su se u ranim implantacijama, u 60-tim p a tac ja a, u 60 tgodinama

23Biomedicinska instrumentacija

Elektrode biokompatibilnost i materijaliSvako strano tijelo, pa tako i ugraena elektroda elektrostimulatora srca

izaziva upalnu reakciju tkiva u okolini. Biokompatibilni materijali imaju p j p j jsvojstvo da izazivaju slabu reakciju odbacivanja stranog tijela. Zato je izbor materijala za elektrode elektrostimulatora srca vaan.

Materijali: platina i njene slitine; titan i njegove slitine; iridij; vitreous j p j ; j g ; j;(stako+ metal + ugljik), nehrajui elik

Znaajke materijala: biokompatibilnost, inertnost na kemijske reakcije,otpornost na korozijuotpornost na koroziju

Povrina elektrode: efektivna povrina namjerno se poveava i ini hrapavom kako bi se smanjila gustoa struje

Porozna povrina: omoguuje se polagano izl