Přednášky z lékařské biofyziky
Biofyzikální ústav Lékařské fakulty
Masarykovy univerzity, Brno
bl_8 FullVent-small prothese_adjointe_verte_4

Přístroje pro náhradu a podporu tělesných orgánů
Přednášky z lékařské biofyziky
Biofyzikální ústav Lékařské fakulty
Masarykovy univerzity, Brno

Podpora a náhrada srdce
3
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

4
ØV 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.
Ø
ØDva druhy oxygenátorů: s přímým kontaktem bublin plynu s krví nebo založené na difuzi plynů přes
membránu oddělující krev a plyny.
Ø
ØU 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“.
Ø
ØMembránové oxygenátory jsou vybaveny polopropustnými membránami. Problém: 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, avšak je nutno narušovat vrstvu krve u membrány turbulencemi.
Mimotělní oběh

5
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

6
Mimotělní oběh
benfig3
Bublinový oxygenátor s výměníkem tepla.
Problémem všech mimotělních oběhů je nutnost poněkud zvýšit objem cirkulující krve – lze to provést
např. zředěním.

7
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. Mimo tělo lze kardiostimulátor naprogramovat podle konkrétního stavu pacienta.

8
Defibrilátory
preview?d=ci&l=03070901f1
Defibrilátory se používají v naléhavých případech pro obnovu spontánní srdeční aktivity (v případě
fibrilace - míhání komor).
ØImplantabilní 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)

9
„Železné plíce“
(historie)
Øwww.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.

10
58 let s podporou dýchání…


11
Mechanická ventilace plic
ØVentilace 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.

12
Corovent CVUT prof Roubík at al.


13
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

14
Peritoneální dialýza
Øwww.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.

15
Hemofiltrace
ØAccording 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

Hemodialýza vs. hemofiltrace
ØHemodialýzou se krev očišťuje mimo tělo nemocného. Nejdůležitějšími zařízeními jsou dialyzátor,
dialyzační monitor a systém hadic. Krev poháněná pumpou přitéká hadicemi z nemocného
do dialyzátoru, kde se očišťuje a odkud se jinými hadicemi vrací zpátky do krevního oběhu. Opačným
směrem než krev protéká dialyzační roztok, který je po průchodu dialyzátorem odváděn do odpadu.
Hemodialýza užívá k odstraňování látek především difuzi a jen v menší míře filtraci
Ø
Ø Hemofiltrace. Do hemofiltru přitéká jen krev (nikoli dialyzační roztok). Přechod látek přes
membránu se děje výhradně filtrací. Aby očišťování krve bylo dost účinné, i když chybí difuzní
složka, musí být množství filtrované tekutiny dostatečně velké (asi 30 litrů při jedné proceduře).
Objem odfiltrované tekutiny se nemocnému nahradí speciálním sterilním roztokem. K výměně velkého
objemu tekutiny při hemofiltraci je třeba membrán o velké propustnosti, které potom odstraňují i
látky o větší molekulové hmotnosti. Přesto je u hemofiltrace odstraňování nízkomolekulárních látek
menší než při hemodialýze.
Ø
Ø    Hemodiafiltrace. Jde o určitou kombinaci hemodialýzy a hemofiltrace. K očišťování krve užívá
difuzi, zajišťující účinné odstraňování nízkomolekulárních látek, a filtraci (jejíž objem se
pohybuje mezi hemodialýzou a hemofiltrací), která odstraňuje i látky o větší molekule.
16

17
Umělý pankreas – inzulínová pumpa
Øhttp://www.diabetesaustralia.com.au/conquest/0204-insulin-pump-therapy.htm www.pnl.gov/
energyscience/06-01/ws.htm.
biomechanical pancreas
insulin-pump

18
Sítnicový implantát
Øwww.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.

19
Kochleární implantát
ØElektronický 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

20
Náhrada kyčelního kloubu
Øhttp://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.

21
Umístění implantátu jamky kyčelního kloubu (acetabula)
Øbabbage.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
22
Knee joint replacement prosthesis

23
Kotník
Øhttp://www.orthogastonia.com/patient_ed/html_pages/ankle/ankle_arthroplasty.html

24
Náhrada ramenního a loketního kloubu
Øhttp://www.orthogastonia.com/patient-ed.html

25
Karpometakarpální skloubení, klouby palce a prstů
Øhttp://www.orthogastonia.com/patient_ed.html
hand_cmc_arthroplasty_intro01
CMC = karpometakarpální

26
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.
10.Podsystémy 8-9 budou mimo tělo, avšak snadno přenosné.
schema
http://www-arts.sssup.it/research/projects/CyberHand/default.htm
Výsledek obrázku pro bionická ruka

27
Zubní náhrady
ØSnímatelná horní protéza
prothese_adjointe_verte_4 removable_partial_denture
Částečné protézy
Nesnímatelná
náhrada chrupu
multiple-posterior-graphic

28
Penilní endoprotéza
implant

runaway cartoons, runaway cartoon, runaway picture, runaway pictures, runaway image, runaway
images, runaway illustration, runaway illustrations
Autor: Vojtěch Mornstein, Vladan Bernard
Obsahová spolupráce: Carmel J. Caruana, Ivo Hrazdira