Adobe Systems Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Přístroje pro náhradu a podporu tělesných orgánů Podpora a náhrada srdce 2 The artficial heart Dvojice čerpadel s externím zdrojem energie. V minulosti bylo vyvinuto mnoho jiných systémů a nelze vyloučit jejich paralelní využívání. Mr Halik sits in front of a graphic explaining how the two heart pumps keep him alive Muž, který přežil půl roku bez pulzu se dvěma rotačními čerpadly Heartmate 2 https://38.media.tumblr.com/tumblr_lmtajvFQq81qf00w4.jpg 3 V průběhu velkých chirurgických výkonů na srdci nebo plících je často nutné nahradit funkci těchto orgánů mimotělním zařízením. Plíce jsou nahrazeny oxygenátorem, který dodává tělu kyslík a odstraňuje z něj oxid uhličitý. Dva druhy oxygenátorů: s přímým kontaktem bublin plynu s krví nebo založené na difuzi plynů přes membránu oddělující krev a plyny. U starších bublinových oxygenátorů bubliny kyslíku stoupají válcovou nádobou naplněnou krví. Krev přijímá kyslík a oxid uhličitý je odstraňován. Vznikající pěna se musí usadit, pak krev prochází filtrem a „pastí na bubliny“. Membránové oxygenátory jsou vybaveny polopropustnými membránami a bublinové oxygenátory již prakticky nahradily. Problém, který musel být vyřešen: na membránách dochází k určité denaturaci krevních bílkovin a poškozují se krvinky, což omezuje jejich použití na několik hodin. Membrány jsou vrstvené nebo jsou z nich vyrobeny kapiláry. Tyto oxygenátory jsou dobrým přiblížením plic. Mimotělní oběh 4 Mimotělní oběh 6 Součástí mimotělního oběhu je pumpa (peristaltická), oxygenátor a výměník tepla umožňující ohřívání nebo ochlazování krve a tím i těla pacienta. Membránový oxygenátor 5 Mimotělní oběh benfig3 Bublinový oxygenátor s výměníkem tepla. Problémem všech mimotělních oběhů je nutnost poněkud zvýšit objem cirkulující krve – lze to provést např. zředěním. 6 Kardiostimulátor rtg PROGR kardio Programovací zařízení Kardiostimulátory se používají u pacientů s vážnými arytmiemi či jinými onemocněními srdce. Toto aktivní implantovatelné zařízení se skládá z elektrod a z centrální jednotky poháněné bateriemi s dlouhou životností. Kardiostimulátor lze transkutánně naprogramovat podle konkrétního stavu pacienta, i když je již implantován. 7 Defibrilátory preview?d=ci&l=03070901f1 Defibrilátory se používají v naléhavých případech pro obnovu spontánní srdeční aktivity (v případě fibrilace - míhání komor). Implantabilní defibrilátor – kardioverter – sleduje srdeční akci a v případě problému vyšle defibrilační impulz. Jan Bělohlávek se svým týmem implantoval 25. června v Pardubické krajské nemocnici kardioverter-defibrilátor se dvěma elektrodami (na snímku) pacientovi po infarktu. preview?d=ci&l=03060900f2 automated external defibrillator (AED) 8 „Železné plíce“ (historie) www.blinn.edu/natscience/phillips/ironlung.html IronLung1 bl_8 Uvnitř hermeticky uzavřeného válce se nachází pacient, jehož hlava je ovšem mimo vlastní válec. Vlivem proměnlivého tlaku ve válci jsou navozovány změny objemu plic a dostatečný přísun kyslíku je takto zajištěn. 9 Mechanická ventilace plic Ventilace se provádí pomocí nasazené masky či jako na obrázku podle nastaveného tlakového nebo objemového limitu vzduchu fig10-1small FullVent-small http://www.mtsinai.org/pulmonary/books/physiology/chap10a.htm Trysková a oscilační ventilace s vibrujícím proudem vzduchu. Druhá je používána u dětí. 10 Umělá ledvina - hemodialýza dialyser Nadbytečný objem krve lze redukovat podtlakem na straně dialyzačního roztoku According to: www.renalpatients.co.uk/ haemodialysis.htm. www.rheomed.de/Bilder/ produkte/dialyser.jpg 11 Peritoneální dialýza www.devicelink.com/ expo/awards02/98winQ.html. www.healthyeatingliving.com/ Kidney_failure.htm. ww5rl64 mde2_r Peritoneální dialýzu si pacient může provádět i doma. Do peritonea má trvale zavedený katétr, kterým si napouští a následně vypouští dialyzační roztok. Proces může být automatizován a pacient jej může absolvovat i ve spánku. 12 Hemofiltrace According to: info-dialyse.de/.../ haemo_haemofiltration.php. Hemofiltrace je alternativou dialýzy. Velmi užitečná je při některých otravách. Hemofiltrát s toxickými látkami je nahrazován náhradním roztokem přidávaným do krve v potřebném množství. hemofiltrace 13 Umělý pankreas – inzulínová pumpa http://www.diabetesaustralia.com.au/conquest/0204-insulin-pump-therapy.htm www.pnl.gov/ energyscience/06-01/ws.htm. biomechanical pancreas insulin-pump 14 Sítnicový implantát www.nmi.de/deutsch/ showprj.php3?id=3&typ=1 Retinal Implant 46 MPDA – micro-photo-diode-array Toto zařízení a jeho analogie je klinicky testováno. Mělo by umožnit základní orientaci v prostoru. [USEMAP] 15 Kochleární implantát Elektronický kochleární implantát může částečně nahradit Cortiho orgán, zvlášť u dětí, které mají neporušený sluchový nerv. Jde o elektrodový systém implantovaný do hlemýždě, který může stimulovat nervová vlákna pomocí impulsů generovaných v tzv. řečovém procesoru. Viz též přednášku o vyšetřování smyslů a korekci jejich vad. ear implant diagram http://www.accessexcellence.org/AB/BA/biochip3.html 16 Náhrada kyčelního kloubu http://www.orthogastonia.com/patient_ed/html_pages/hip/hip_hemiarthrooplasty.html Náhrady kyčelního nebo jiných kloubů se původně vyráběly z nerezové oceli, dnes se používají kombinace plastů a keramiky nebo titanu či jeho slitin. Titanový povrch je porézní, což umožňuje kosti vrůstat do povrchu implantátu – snižuje se tím potřeba kostního cementu. [USEMAP] 17 Umístění implantátu jamky kyčelního kloubu (acetabula) babbage.me.ic.ac.uk/ case/mim/projects/acrobot/. http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/imagepages/9494.htm Roboty v ortopedické chirurgii. Některé části endoprotéz kloubů musí být umístěny (orientovány) s velkou úhlovou přesností. Roboty v medicíně nelze chápat jako samostatně operující zařízení. Jde spíše o prodlouženou a zpevněnou ruku chirurga. Výsledek obrázku pro knee surgery robot Náhrada kolenního kloubu 18 Knee joint replacement prosthesis 19 Kotník http://www.orthogastonia.com/patient_ed/html_pages/ankle/ankle_arthroplasty.html 20 Náhrada ramenního a loketního kloubu http://www.orthogastonia.com/patient-ed.html 21 Karpometakarpální skloubení, klouby palce a prstů http://www.orthogastonia.com/patient_ed.html hand_cmc_arthroplasty_intro01 CMC = karpometakarpální 22 Bioprotéza ruky – nastupující realita 1.Elektroda na eferentním nervu; 2.Elektroda na aferentním nervu; 3.Implantovaná část pro snímání nervové aktivity a stimulaci nervů; 4.Eferentní telemetrické spojení; 5.Aferentní telemetrické spojení; 6.Bionická ruka; 7.čidla; 8.Dekódování pacientových úmyslů a řízení protézy; 9.Jednotka zprostředkující signály z čidel do mozku. Podsystémy 8-9 budou spíše mimo tělo, avšak snadno přenosné. schema http://www-arts.sssup.it/research/projects/CyberHand/default.htm Výsledek obrázku pro bionická ruka 23 Zubní náhrady Snímatelná horní protéza prothese_adjointe_verte_4 removable_partial_denture Částečné protézy Nesnímatelná náhrada chrupu multiple-posterior-graphic 24 Penilní endoprotéza implant Adobe Systems runaway cartoons, runaway cartoon, runaway picture, runaway pictures, runaway image, runaway images, runaway illustration, runaway illustrations Autor: Vojtěch Mornstein Obsahová spolupráce: Carmel J. Caruana, Ivo Hrazdira