Strumentazione Biomedica

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1 Defibrillatori Univ. degli studi Federico II di Napoli ing. Paolo Bifulco 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. 1

2 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). 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) Grazie, ne avevo bisogno! 2

3 Defibrillatore Posizionamento degli elettrodi Sterno - apice Antero - posteriore Defibrillatore Posizionamento degli elettrodi Impedenza transtoracica Impedenza elettrodica di contatto corretto scorretto La prossima volta prova a toglierli la camicia! 3

4 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 R 1 R T resistenza torace (~50Ω) commutatore carica/shock [A] b Defibrillatore 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. 10 a c [ms] 4

5 Defibrillatore Durata dell impulso 8-10 ms Commutatore energia 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 cm 2 (adulto) Numero di shock possibili con batteria carica 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 V 2 5

6 Defibrillatore Schema semplificato Defibrillatore Schema semplificato Si impiegano 2 SCR per commutare la capacità in successione sulla resistenza toracica R T e sulla resistenza R 2 interna 6

7 [A] Esponenziale troncato I i I f impulso Impulso di scarica i( t) = Ie E( T) = T 0 RI RI 2 i 2 i e t RC i T 0 2t RC 1 2 CV i 1 e 2 Vi = e R v( t) i( t) dt= dt= RI RC e 2 2t RC 2T RC T T 2 i 0 0 t RC T e 0 2t RC = RI 2 Ri ( t) dt= dt= 2 i RC 1 e 2 2T RC = t i T t f [ms] 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] 7

8 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 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. 8

9 Isolamento della parte applicata Defibrillatore Se l operatore entra in contatto con il corpo del paziente in due punti diversi può essere attraversato da parte delle correnti di defibrillazione 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! 9

10 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 Defibrillatore Schema a blocchi di un defibrillatore - cardioversore Defibrillatore semiautomatico cardioversione 10

11 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 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

12 Implantable Cardioverter-Defibrillator (ICD) Defibrillatore cardiaco impiantabile 12

13 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) Prestazioni al variare della forma d onda Soglia di defibrillazione Defibrillation Threshold (Volts) ) 10M Waveform Shape (msec) Dixon et al. Circulation 1987;117: (Canine) epicardial electrodes 13

14 Prestazioni al variare della forma d onda Percentuali di successo ORCA Trial (n=115) Comparison of J monophasic shocks with 150J biphasic shocks for out-of-hospital cardiac arrest Collapse to first shock = 8.9 minutes Outcome Monophasic Biphasic 1 st shock success 36/61 (59%) 52/54 (96%) p< rd shock success 42/61 (69%) 53/54 (98%) p< Overall Success 49/58 (84%) 54/54 (100%) p=0.003 Schneider et al. Circulation. 2000; 102: Prestazioni al variare della forma d onda Percentuali di successo Randomized MultiCenter n=165 p=0.005 Cardioversion Efficacy 100% 80% 60% 40% 20% 21% 44% 68% p< % 68% 85% 91% 94% 0% 100 J 200 J 300 J 360 J 70 J 120 J 150 J 170J Monophasic Rectilinear Biphasic Mittal et al. Circulation 2000; 101:

15 Prestazioni al variare della forma d onda Corrente massima Monophasic at 200 Joules Biphasic Truncated Exponential at 150 Joules 120J 15 Current Rectilinear Biphasic at 120 Joules 130J J 43 Time Amps 50 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 15

16 Distribuzione mondiale impianti 16

17 ICD Esempi Dimensione ICD Dagli anni

18 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) Shock e terminazione FV durante impianto Tracciato ECG di superficie Tracciato EGM endocavitario tacche di riferimento fibrillazione ventricolare shock (30J) ritmo sinusale 18

19 Induzione di FV Finestre di riconoscimento 19

20 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 Memoria del dispositivo 20

21 Diagnostica ICD Terapia antitachicardica erogata con successo in un episodio di tachicardia ventricolare Tracciato EGM in memoria Pacing Diagnostica ICD TV trattata dal pacing con in evidenza i marcatori relativi agli eventi atriali (diagnostica bicamerale) 21

22 Diagnostica ICD Tacogramma (diagramma degli intervalli RR) con in evidenza l erogazione del burst che risolve la tachicardia Diagnostica ICD Episodio di TV in presenza di fibrillazione atriale. L applicazione del Burst termina l episodio ventricolare 22