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Edificio di FAULHABER France SAS, Montigny-le-Bretonneux, France

FAULHABER France SAS

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ELMEQ Motor

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Routech s.r.o.

Dr. Milady Horákové 185/66

460 06 Liberec

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Motori brushless per catetere strumento medico

Questo è quello che riusciamo ad osservare nella simulazione molto realistica effettuata in un tubo di plastica rappresentante una nostra arteria. L’aterectomia e/o la trombectomia (per la sua rimozione, il personale medico usa una terminologia diversa a seconda del tipo di coagulo) viene rimossa velocemente ed efficacemente in pochi secondi. Secondo alcune stime, solamente in Germania, almeno due milioni di persone, prevalentemente anziane, sono affette da questa malattia occlusiva delle arterie periferiche (PAD). Questo, nella maggior parte dei casi, è provocato dal restringimento di un’arteria femorale, a cui fa poi seguito il rallentamento del flusso sanguigno e la conseguente formazione di un coagulo di sangue.

Motori brushless per catetere strumento medico
© Straub Medical
Motori brushless per catetere strumento medico
© Straub Medical

La sindrome delle Vetrine

L’ostruzione spesso inizia a causa di una cicatrice vascolare o una calcificazione. In corrispondenza di un punto ristretto, chiamato stenosi, il flusso di sangue risulta significativamente ridotto. Nello stesso punto, a causa del movimento costante del ginocchio e della pressione della calcificazione, lo strato interno dell’arteria si rompe. Esattamente in questo punto ha così inizio il processo di coagulazione. Il risultante trombo (coagulo di sangue) ostruisce completamente l’arteria. A causa del collo di bottiglia formatosi, questo trombo continua a formarsi verso l’alto fino a ostruire l’intero vaso, che spesso può arrivare a essere lungo oltre 25-30 centimetri. A questo punto, altri piccoli vasi cercano di rifornire sangue alla gamba, ma il loro tentativo è vano perché il volume di sangue non è sufficiente. I muscoli ricevono meno ossigeno e l’azione del camminare procura dei dolori già dopo pochi passi. In pratica possiamo paragonare quello che accade all’interno della nostra gamba ad un motore di automobile messo in funzione ma senza benzina. Il paziente è costretto a fermarsi e riposare molto spesso. Per nascondere il disturbo alla vista di altre persone, i pazienti spesso preferiscono soffermarsi davanti alle vetrine. Per questo motivo, il nome colloquiale assegnato alla PAD, è quello di “sindrome delle vetrine”.
Esistono però diversi metodi per eliminare i trombi e i restringimenti che li originano. La maggior parte delle volte si ricorre alla trombolisi. In questo processo, delle sostanze che dissolvono il trombo vengono fatte scorrere attraverso un catetere fino all’occlusione. Essi però hanno numerosi effetti collaterali, tra cui il rischio di provocare un’emorragia. Inoltre, i pazienti che si sottopongono a tale trattamento devono essere monitorati in terapia intensiva per un periodo minimo di due giorni e non sono sicuri che il problema venga risolto totalemente. Difatti la trombolisi è efficace solo nel caso l’occlusione si dovuta alla formazione di un trombo appena formato e non ha alcun effetto se lo stesso ha più di due settimane o su altre problematiche occlusive quali calcificazioni o tessuto cicatriziale. Un’altra alternativa è la rimozione chirurgica tramite catetere (metodo Fogarty). Essa viene praticata per mezzo di palloncini. Una volta che il chirurgo vascolare ha esposto chirurgicamente l’arteria (generalmente quella inguinale), un palloncino viene svuotato completamente e introdotto all’interno del vaso. Dall’altra parte dell’ostruzione, un altro palloncino viene gonfiato fino a raggiungere il diametro del vaso tramite l’iniezione di una soluzione salina. Il primo palloncino si riempie e viene quindi estratto dal chirurgo, nell’intento contemporaneamente di rimuovere il coagulo di sangue dal vaso. Tuttavia, questa procedura spesso deve essere ripetuta più volte. Anche in questo caso però non è certo che il coagulo venga rimosso nella sua totalità. Qualsiasi residuo di trombo può diventare il nucleo di un nuovo coagulo di sangue. Inoltre, questo metodo di utilizzo di un palloncino gonfiato lungo tutto il vaso può causare dei danni notevoli alle pareti vascolari, comportando poi spesso una richiusura improvvisa del vaso.

Motori brushless per catetere strumento medico
La testina rotante rimuove il materiale occlusivo solidificato e lo frantuma, affinché i frammenti ricavati possano essere poi trasportati all’esterno dall’elica attraversando il catetere e raggiungendo la sacca di raccolta esterna al corpo. © Straub Medical
Motori brushless per catetere strumento medico

Frammentazione e rimozione

Per contro, il metodo di Straub Medical è elegante ed efficiente: Un motore collocato all'esterno del corpo umano é connesso al catetere tramite accoppiamento magnetico (senza contatto). La rotazione generata dal motore viene trasferita all'interno del corpo verso l'alto per mezzo di una spirale di acciaio ad alta resistenza (chiamata elica) interna al tubo del catetere. La forma della testina del catetere può essere paragonabile alla punta di un cesello (piccolo scalpello di precisione), smussata anteriormente su due lati. Appena la testina comincia a ruotare, le superfici laterali rimuovono il materiale solidificato dall'interno ed obbligano i frammenti a muoversi in un forte vortice. Questo movimento pulisce l’intera sezione trasversale del vaso sanguigno. La testina del catetere dispone anche di due piccole aperture laterali in cui è esposta l’elica. Seguendo il principio della vite di Archimede, la rotazione dell’elica provoca un’aspirazione.

L’aspirazione rimuove i frammenti del materiale ostruente in un tubo flessibile. Una volta entrati attraverso le aperture, i frammenti vengono frantumati ulteriormente da lame interne, in modo che i detriti possono attraversare fluidamente il passaggio verso la sacca di raccolta esterna al corpo.

 "Il materiale occlusivo non viene solo interamente frammentato, ma anche completamente rimosso" spiega Dirk Dreyer, direttore del reparto vendite e marketing di Straub Medical. "Si evitano così gli effetti collaterali tipici della trombolisi e di altre procedure. Nella maggior parte dei casi, il materiale occlusivo può essere rimosso con un elevato grado di affidabilità in uno o due passaggi. In media, per risolvere il problema occorrono tre minuti." È possibile ovviare alla trombolisi e ai suoi effetti collaterali anche per la dissoluzione e rimozione di nuovi trombi che non sono ancora solidificati e diventati coaguli voluminosi. Per questi, esiste la variante Aspirex®S, la cui testina di aspirazione funziona senza il cesello rotante di Rotarex®S. L’effetto di aspirazione della spirale rotante è sufficiente per estrarre il coagulo di sangue nelle aperture della testina e trasportarlo fuori dal corpo, analogamente a Rotarex®S. I cateteri di Straub possono essere utilizzati anche per le ostruzioni presenti nelle vene, nei by-pass, negli stent o nelle porte di diali

Dalla Formula 1 alla sala operatoria

La storia dell’evoluzione del metodo Rotarex®S è tipica per il settore della tecnologia biomedica di media grandezza in Svizzera: in pratica, un ingegnere specializzato in high-tech viene a conoscenza di un problema irrisolto di natura medica (in genere casualmente) e trova la soluzione. Il fondatore dell’impresa, Immanuel Straub, che è morto nel 2012, aveva sviluppato nuove molle ad elevate prestazioni fin dagli anni Cinquanta, che venivano poi installate tra l’altro nelle valvole dei motori delle vetture di Formula 1. Alla fine degli anni Ottanta, un dottore suo amico gli parlò della difficoltà che si incontrava in medicina nel rimuovere le occlusioni vascolari. All’ingegnere venne quindi l’idea di combinare il catetere, che allora veniva già diffusamente utilizzato nella medicina vascolare, a una molla, cioè quello che la spirale a filo interna di fatto è, e a un cesello rotante da lui progettato. Così facendo, in pratica Straub sviluppò un metodo di trattamento completamente nuovo, che dal 2000 viene utilizzato clinicamente ancora oggi, superando le prove del tempo. Affinché la testina Rotarex®S riesca a dissolvere il coagulo e avere sufficiente forza di aspirazione, è necessario che ruoti a una velocità sufficientemente elevata e costante. Come valore guida sono indicati dai 40.000 ai 60.000 giri al minuto, in base alle dimensioni e al modello del catetere. Per motivi tecnici è essenziale attenersi quanto più possibile a questo intervallo. La trasmissione della forza dalla carcassa esterna del motore al catetere avviene per mezzo di un accoppiamento magnetico. Durante l’applicazione, è fondamentale mantenere la velocità entro un ristretto intervallo, indipendentemente dal fatto che l’ostruzione solidificata sia stata frammentata o che siano già state rimosse le ultime particelle.

Motori brushless per catetere strumento medico
Motori brushless per catetere strumento medico

Un motore perfettamente equilibrato per essere preciso

Il controllo reagisce molto velocemente a ogni cambiamento di carico e il motore deve essere in grado di convertire i relativi segnali con l’adeguata precisione. "Non sono poi tanti i motori in grado di soddisfare i nostri standard qualitativi" spiega Dirk Dreyer. "FAULHABER ci ha fornito assistenza già in fase di sviluppo dei primi prototipi oltre ad un know-how molto importante. Uno dei problemi che abbiamo dovuto affrontare nell’utilizzo di un motore in abbinamento a un dispositivo medico è stata la certificazione dei prodotti medicali. FAULHABER dispone delle certificazioni necessarie e ciò rappresenta per noi un ulteriore vantaggio in termini di prova e tracciabilità dei componenti del dispositivo." Il motore viene inserito nel manipolo del dispositivo e deve essere pertanto quanto più piccolo e leggero possibile. Deve inoltre essere quanto più possibile silenzioso ed esente da vibrazioni durante il suo utilizzo. L’azionamento senza spazzole della serie 2444 ... B viene pertanto già bilanciato durante la fabbricazione. Il materiale viene rimosso milligrammo per milligrammo dal magnete rotante fino a quando la concentricità viene ottimizzata a una elevata velocità.
I motori destinati a Straub Medical vengono pertanto sottoposti ad un ulteriore bilanciamento di precisione, durante il quale viene trattata anche la campana dell’accoppiamento magnetico. Quest’ultima serve per trasmettere senza contatto la forza tra il sistema di azionamento e l’elica senza un collegamento meccanico fisso. Il gap minimo tra gli elementi dell’accoppiamento consente di separare i componenti sterilizzati del sistema introdotti nel corpo da quelli utilizzati in un ambiente non sterilizzato all’esterno del corpo. A questo scopo, il manipolo e il motore vengono avvolti in una pellicola sterilizzata che attraversa questo gap, mentre il catetere sterilizzato viene accoppiato al manipolo mediante la pellicola.
L’accoppiamento magnetico garantisce inoltre una protezione di coppia: Se la testina dell’elica o Rotarex viene bloccata durante il funzionamento, l’elemento di accoppiamento sul motore continua a ruotare senza aggiungere forza ulteriore. Ciò evita danni al motore o al dispositivo e, ancora più importante, protegge il vaso sanguigno contro danni e distruzioni della parete. I cateteri Rotarex®S e Aspirex®S sono disponibili con diametri compresi tra i 2 e i 3,3 millimetri. Affinché siano accessibili ai dispositivi Straub Medical, i vasi sanguigni devono avere un diametro di almeno 3 millimetri. Vasi con questi diametri sono, ad esempio, i vasi delle gambe, che spesso sono affetti da malattie occlusive, e quelli dell’addome. Tuttavia, le vene nel cervello e i vasi coronarici sono troppo stretti o troppo curvi per i cateteri attualmente disponibili. Attualmente, questo metodo non è adatto per interventi su vittime di ictus e infarti. "I nostri sviluppatori stanno lavorando a cateteri ancora più piccoli, affinché sia possibile utilizzare questo metodo anche con questo tipo di pazienti" afferma Dirk Dreyer. "Si tratta di una sfida medica e tecnologica unica che vogliamo vincere con l’aiuto di FAULHABER."

FAULHABER B
2444 ... B
Tecnologia 2-poli
Scheda tecnica (PDF)
Caratteristiche principali
Diametro:
6 ... 44 mm
Lunghezza:
18 ... 90 mm
Tensione nominale:
6 ... 48 V
Velocità fino a:
100000 min⁻¹
Coppia fino a:
217 mNm
Potenza di uscita continua fino a:
282 W
Dettagli prodotto

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