Ingeniería Biomédica Curso 2006

Presentación del tema: "Ingeniería Biomédica Curso 2006"— Transcripción de la presentación:

1 Ingeniería Biomédica Curso 2006
Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos Ing. Franco Símini Dr. Héctor Píriz Ing. Daniel Geido Ing. Jorge Lobo

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3 Cavidades y vasos Azul – sin oxigenar Rojo - oxigenado

4 circulaciones AD, VD y aorta: sangre oxigenada hacia los órganos y músculos AI, VI y arteria pulmonar: sangre hacia los pulmones Circulación coronaria, arterias y venas coronarias

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7 Circulación coronaria

8 Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio

9 Distribución del gasto cardíaco
Cerebro 13% Coronarias 4% Hígado y tracto intestinal 24% Músculos 21% Riñón 20% Piel y otros 18% % del gasto cardíado paciente 70 Kg, 5.5 L/min

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11 Marcapasos natural Células cardíacas tienen un Potencial de Acción especial Permite el disparo espontáneo periódico

12 Redundancia de marcapasos naturales
nodo SA (70 por minuto) nodo AV (55 por minuto aprox) en los ventrículos (30 por min aprox)

13 Nodos senoatrial y auriculoventricular

14 Secuencia natural de conducción
pulso en nodo SA propagación radial a ambas aurículas (fibras inertes eléctricamente separan A de V) propagación al nodo AV (retardo) propagación al haz de His fibras de Purkinje a todos los rincones de los V

15 Sistema de conducción cardíaco

16 fases de contracción y el ECG

17 ECG y potencial de acción
ECG Electrocardiograma 1.0 +40 R 0.5 T P -80 Q mV mV S 200 400 600 ms

18 REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN
ll lll l LL RA LA + - RA l LA ll lll Derivaciones estandar LL

19 EL CICLO CARDIACO Sistole auricular 120 80 40 Presion mm Hg
3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO 120 80 40 Presion mm Hg Sistole auricular Flujo aortico l.min-1 25 Ventriculos llenos de sangre Baja presion en los ventriculos Onda P en el ECG 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 Ruidos cardíacos a Pulso venoso R P ECG Q s

20 La válvula mitral se cierra
1 2 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO 120 80 40 La válvula mitral se cierra Presion mm Hg Contraccion isovolumetrica El ventriculo se contrae La presion aumenta en el ventriculo La valvula mitral se cierra Complejo QRS en el ECG Primer ruido Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 Ruidos cardíacos a Pulso venoso R P ECG Q S s

21 EL CICLO CARDIACO Eyeccion 120 80 Presion 40 mm Hg
3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO Valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Valvula mitral cierra Eyeccion La válvula aortica se abre La sangre entra en la aorta Onda T en el final del período del ECG Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 Ruidos cardíacos a c Pulso venoso R P T ECG Q S s

22 La valvula aortica se cierra
1 2 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Relajación isovolumetrica El ventriculo se relaja La válvula aortica se cierra La presión baja en el ventrículo Segundo ruido Valvula mitral cierra Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 Ruidos cardíacos a c v Pulso venoso R P T ECG Q S s

23 EL CICLO CARDIACO Llenado 120 80 Presion 40 mm Hg
3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Llenado La valvula mitral se abre El ventrículo esta relajado La presion es baja en el ventrículo La válvula mitral se abre Los ventrículos se llenan de sangre Valvula mitral cierra Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 3 Ruidos cardíacos a c v Pulso venoso R P T P ECG Q S s

24 Prótesis

25 Sistemas de prótesis Sentidos (vista, oído)
Funciones (diálisis, marcapasos, corazón artificial) Mecánicas (cadera) Conductos (vasculares, tráquea) Transporte Interfaz persona/máquina

26 Sistemas de rehabilitación

27 CLICOC Dispositivo que simula el “clic” de un mouse convencional por medio del parpadeo voluntario del usuario. Sistema adaptado en un armazón de anteojos que utiliza diodos emisores y foto receptores

28 PARPACAM Cámara fotográfica ubicada mediante una vincha a la frente del paciente Accionada por el parpadeo voluntario del paciente ó mediante un control a distancia

29 Marcapasos Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón (herramienta de diagnóstico) (herramienta de seguimiento)

30 Contracción natural del corazón
espontánea repetitiva coordinada en diferentes zonas resultado de varios lazos de re-alimentación

31 Fenómenos que afectan el ritmo fisiológico
velocidad de conducción periodo refractario de las células automatismo del SA (y de otras zonas)

32 Anormalidades de la actividad eléctrica
bradicardias falla del ritmo del SA (B sinusal) propagación (bloqueo 1er a 3er grado) taquicardias automatismo (repolarizacion muy rápida) reentrante (cond.en lazo local, por p. refractario) gatillado (2da polariz. por reingreso de iones)

33 Correcciones fármacos marcapasos (implantados y externos)
electrofisiología cardiaca

34 Marcapasos estimula el corazón cuando el pulso falla
inicialmente solo para el bloqueo total ahora se adapta a la situación asincrónico sincrónico (a demanda o gatillado) inclusión de lazos de realimentación

35 Oscilador Pulso cables electr. Fuente
Esquema general de un marcapasos Oscilador    Pulso    cables   electr. Fuente

36 Implementación de retardo en estímulo, para simular tiempo de conducción auriculo-ventricular

37 Diagrama en bloques de un marcapasos
telemetría Registro Procesador estimulador electrodos Sensor de metabolismo corazón Diagrama en bloques de un marcapasos

38 Proyecto de marcapasos
asincrónico puede estim en momento vulnerable (FV) Consumo alteraciones bioquímicas sincrónico: a demanda detecta el ECG algoritmo (tope de bradicardia) algoritmos complejos sincrónico: sobre la onda R (siempre)

39 Proyecto de marcapasos
Prever la degradación de características, a consecuencia de sucesos: Aumento de resistencia de electrodo Desconexión de electrodo Ausencia de sensado de actividad cardíaca espontánea Es un “gracefully degrading system” sistema de características que se limitan en forma prevista

40 Diagrama de estados de un marcapasos primitivo
Diagrama de estados de un marcapasos primitivo. Se utilizan los siguientes símbolos: [S] es el estado de la Máquina (único en este caso); [Time out] es el evento que hace evolucionar la Máquina; [Pace] es la acción que ocurre al efectuarse la transición. (Arzuaga et al.) S Time out Pace

41 Diagrama de estados de un marcapasos a demanda
Diagrama de estados de un marcapasos a demanda. [S] es el estado de la Máquina; [Sense] es el resultado de un latido espontáneo del corazón; [Time out] es el evento interno; [Pace] es la acción que ocurre al efectuarse la transición Pace Time out Sense S

42 Diagrama de estados de un marcapasos a demanda con período refractario
Diagrama de estados de un marcapasos a demanda con período refractario. [A] Estado de Alerta en el que se sensa, [R] Estado Refractario en el que se ignora la actividad cardíaca. Los eventos son [Sense] Evento de sensado; [A Tout] transcurrió el tiempo máximo de espera de un sensado y [R Tout] transcurrió el Período Refractario. La única acción es [Pace]el Estímulo. Pace A Tout Sense A R R Tout

43 Diagrama de estados de un marcapasos bicameral en versión simplificada (Arzuaga et al.)
A Tout A Sense AV Tout V Sense R Tout V Pace A Pace

44 Marcapasos 1960, externo

45 Marcapasos 60 gramos, 30 mm

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47 Clasificación de marcapasos
XYZ (de la ICHD) X - cavidad estimulada (A, V, D) Y - actividad detectada (A,V, D) Z - respuesta al "sensado" (I, T, D) XYZ AB (código NBG) A - capacidad de programacion y de modulación de frecuencia B - funciones anti taquicardia Inter-Society Commission on Heart Disease Resources (ICHD) La North American Society of Pacing and Electrophysiology (NASPE) y la British Pacing and Electrophysiology Group (BPEG) extendieron la clasificación ICHD a las cinco letras conocidas como el código NBG.

48 Clasificación de marcapasos
letra Acción Opciones 1ª Paced S (Single), A (Atrial), D (doble), 0(ninguno) 2ª Sensed S (Single), A (Atrial), D (doble), 0(ninguno) 3ª Response I(Inhibited) T(triggered) D(inh+trig) 0(ning.) 4ª Sensor R (Rate Response), N (ninguno)

49 “sensado”: detección de señales propias del corazón

50 Ejemplos VVI estimulación ventricular, con sensado ventricular y estimulación inhibida por latidos (ventriculares) VVT genera estimulo en sincronía con onda R DDI estimulación y sensado en ambas cavidades izquierdas, inhibición de estimulo.

51 Alimentación 30 micro W (carga alcanza 7 años) Hg-Zn
emana gas (encapsulado imposible) caída brusca de V al agotarse Li-I (Li-AgCr, Li-CuS, etc.) sin gas anticipa descarga

52 cables de conexión (“leads”)
conductores de varios hilos resistentes a repetidas flexiones   (72 lpm por 10 años = 380 Mflexiones) espirales de 30 cm aislados "silicone rubber“ poliuretano

53 Electrodos corrientes de iones a c. de electrones bipolares unipolares
gases corrosión de metales bipolares eliminan interferencias son dos unipolares cátodo en el tejido, ánodo en caja solo un cable

54 Electrodos endocardíacos (en la cavidad) miocárdicos (en la pared)
epicárdicos (en la superficie)

55 Ejemplo: radio aumenta 10% => 21% más corriente
La estimulación necesita más potencia al deteriorarse el contacto con tejido vivo diámetro r diámetro r + d (tejido modificado) corriente teórica It = K r2 corriente crónica Ic = K (r+d)2 Ic/It = (1 + d/r)2 Ejemplo: radio aumenta 10% => 21% más corriente

56 Pulso de estimulación de un marcapasos
valores típicos: corriente 10 mA, 1 ms voltaje 5 V, 0.5 ms

57 Retroalimentaciones posibles
indican metabolismo: acelerómetro temperatura central saturación de O2 movimientos toráxicos intervalo Q-T cambio de volumen intraV derivada de presión intraV catecolamina ritmo circadiano, etc.

58 Programación por telemetría
bobina implantada RF bobina externa RF modo programación modo interrogación/confirmación modo estado del marcapaso modo descarga señales y tiempos (AV, etc.) modo monitoreo

59 Reprogramación y confiabilidad
30% de DDD pasan a VVI antes 3 años (falla de conexión auricular) hasta 40 modos de E y de S envío de nuevo programa (tablas) redundancia de programas

60 Excelente libro finlandés que incluye fisiología cardíaca y marcapasos: Indicaciones médicas de los marcapasos: Tipos de conexiones: CCC del Uruguay

61 fin