Dispositivi cardiaci impiantabili senza batteria: le nuove frontiere per l'autoalimentazione

Il testo esamina tre studi svolti nello sviluppo di sistemi di autoalimentazione per pacemaker e defibrillatori impiantabili, volti a risolvere il problema della longevità della batteria. Sono state inizialmente approfondite le modalità di generazione del battito cardiaco, regolato dal passaggio del potenziale d’azione e presentati i tipi di scompenso cardiaco esponendo le modifiche che questi causano alla forma d’onda dell’ECG. Successivamente sono state descritte le tecnologie adottate per trattare i disturbi del ritmo cardiaco, pacemaker e defibrillatori impiantabili. Vengono dunque introdotti gli studi che presentano le innovazioni più recenti che riguardano la possibilità di autoalimentare i dispositivi cardiaci impiantabili. Il primo mostra la realizzazione di un trasduttore di energia meccanica in elettrica che utilizza una lamina di materiale piezoelettrico. Tale dispositivo è stato testato con successo in vitro ed in vivo. Nel secondo studio viene invece sfruttato un dispositivo automatico di un orologio per convertire l’accelerazione generata dal cuore in energia elettrica. Sono stati realizzati tre prototipi ed eseguiti test in vitro ed in vivo. Il terzo studio si focalizza su una microturbina che sfrutta il flusso sanguigno per generare energia elettrica. È stato eseguito un test in vivo su un suino nel quale il sistema è stato connesso ad un pacemaker senza batteria. Questo è riuscito ad aumentare i battiti al minuto producendo più energia di quella necessaria, con il difetto della formazione di trombi. La tesi si conclude con una valutazione critica dei metodi illustrati e la proposta di potenziali sviluppi miglioramenti

Towards Batteryless Cardiac Implantable Electronic Devices – The Swiss Way

Energy harvesting devices are widely discussed as an alternative power source for todays active implantable medical devices. Repeated battery replacement procedures can be avoided by extending the implants life span, which is the goal of energy harvesting concepts. This reduces the risk of complications for the patient and may even reduce device size. The continuous and powerful contractions of a human heart ideally qualify as a battery substitute. In particular, devices in close proximity to the heart such as pacemakers, defibrillators or bio signal (ECG) recorders would benefit from this alternative energy source. The clockwork of an automatic wristwatch was used to transform the hearts kinetic energy into electrical energy. In order to qualify as a continuous energy supply for the consuming device, the mechanism needs to demonstrate its harvesting capability under various conditions. Several in-vivo recorded heart motions were used as input of a mathematical model to optimize the clockworks original conversion efficiency with respect to myocardial contractions. The resulting design was implemented and tested during in-vitro and in-vivo experiments, which demonstrated the superior sensitivity of the new design for all tested heart motions

新しい磁気結合方式を用いた拍動型血液ポンプの開発研究

Tohoku University山家智之課