Di Puccio - Scelta dei materiali

(1)

SCELTA DEL MATERIALE DEI PICC E

PREVENZIONE DELLE COMPLICANZE

MECCANICHE

Francesca Di Puccio

Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale Università di Pisa

(2)

BIOINGEGNERIA @ DICI

Biologia

(3)

ASPETTI DI MECCANICA DEI PICC

(4)

ASPETTI DI MECCANICA DEI PICC

(5)

ASPETTI DI MECCANICA DEI PICC

Acta Radiologica: Diagnosis Volume 4, 1966 - Issue sup260

Design of Medical Devices That Meet Contradictory Requirements -> OTTIMIZZAZIONE

deformabile per adattarsi a geometria dei vasi

E

abbastanza rigido per inserimento

diametro esterno piccolo x non danneggiare E

(6)

ASPETTI DI MECCANICA DEI PICC

Radiopachi

Resistere a pressioni ‘elevate’ Resistere a ‘sostanze chimiche’ Mantenere le proprietà nel tempo Superfici antimicrob./antitrombogen.

Cost – effective ……

E

(7)

Radiopachi

Resistere a pressioni ‘elevate’ Resistere a ‘sostanze chimiche’ Mantenere le proprietà nel tempo Superfici antimicrob./antitrombogen.

Cost – effective ……

ASPETTI DI MECCANICA DEI PICC

E

diametro interno grande per garantire flusso

(8)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

Silicone Poliuretano Diametro interno Diametro esterno (Spessore)

deformabile per adattarsi a geometria dei vasi

E

abbastanza rigido per inserimento

Rigidezza PICC



Quale rigidezza???

4 MPa vs 10 -100 MPa

Rigidezza del materiale E _D

e

D_i

(9)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

F

Rigidezza assiale forza/allungamento 𝐹 ∆𝑙 = 𝐸 𝜋 4 𝑙 𝐷𝑒 2 _{− 𝐷} 𝑖2 𝑀 𝑐 = 𝐸 𝜋 64 𝐷𝑒4 − 𝐷𝑖4

M

r

Rigidezza flessionalemomento/curvatura

(10)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

𝑀

𝑐

= 𝐸

𝜋

64 𝐷

𝑒4

− 𝐷

𝑖4

Geometria

Materiale

Modello di calcolo semplificato: • Materiale elastico lineare (E) • PICC inizialmente diritto

(11)

(12)

(13)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

NUM 𝐹 𝑙 ∆𝑙 = 𝐸 𝜋 4 𝐷𝑒2 − 𝐷𝑖2 𝑀 𝑐 = 𝐸 𝜋 64 𝐷𝑒4 − 𝐷𝑖4

(14)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

PICC/Materiale andamento non lineare

(15)

LA RIGIDEZZA DEI PICC

PICC/Materiale andamento non lineare

l₀ l 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 2 4 6 8 Strain [] L oa d [ N] 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 2 4 6 Strain [] S tr e ss [ M P a ]

(16)

SIMULAZIONE NUMERICA

Modello virtuale di PICC

Strumenti di calcolo: Analisi agli elementi finiti

1. Geometria iniziale indeformata

2. deformato replicando geometria rilevata in-vivo Geometria e

proprietà del materiale (non lineari)

3. Possibile stimare tensioni nel catetere, forze scambiate con parete,

(17)

DAL BENDING AL BUCKLING E AL KINKING

Buckling: catetere si inflette soggetto a carico normale

Rigidezza flessionale bassa

desiderabile anche con basso carico per superare le curve

P

Si comprime

(18)

BENDING, BUCKLING E KINKING

Kinking: strano fenomeno!

Tendenza a kinking quasi inversamente legata alla rigidezza flessionale

(19)

RESISTENZA A KINKING

l_k

Vari indicatori presenti in letteratura

Distanza da supporti raggio FDA c Distanza da supporti ISO 13868

kinked when the initial flow

through the straight tube is

reduced by more than 50%

Diametro loop (?)

(20)

RESISTENZA A KINKING

l_k

Vari indicatori presenti in letteratura

Distanza da supporti raggio FDA c Distanza da supporti ISO 13868

kinked when the initial flow

through the straight tube is

reduced by more than 50%

Diametro loop (?)

Distanza da supporti

(21)

COMPLICANZE MECCANICHE

• Occlusione (8.2%)

• Dislodgement (5.4%)

• Rottura (3.9%)

a fibrin sheath, medication precipitate, or

catheter tip, thrombus, kinking or the catheter tip being positioned against a vessel

Breakage of a CVAD is most commonly due to the use of excessive force, causing a split in the structure of the device, intentional or accidental

Ullman 2015 Complications of Central Venous Access Devices: A Systematic Review,

partial, complete, and accidental removal of the PICC tip from the correct position

(22)

COMPLICANZE MECCANICHE

• Occlusione

• kinking

• Accrescimento tessuto

rugosità superf < 0.2 mm_Coating

(23)

COMPLICANZE MECCANICHE

Rottura

• Esterna (hub)

• Catetere

_{Poco documentate}

Dipende dalle condizioni di carico

• Statica

• Dinamica (carichi ripetuti)

• Ageing (chimico/meccanico)

(24)

ROTTURA - RESISTENZA

Statica

𝜎 = 𝐹/𝜋

4 𝐷𝑒2 − 𝐷𝑖2

Curva di trazione, es.

(25)

ROTTURA - RESISTENZA

Statica

𝜎 = 𝐹/𝜋

4 𝐷𝑒2 − 𝐷𝑖2

Curva di trazione, es.

(26)

ROTTURA - RESISTENZA

Normativa – Carico di rottura minimo garantito

(non dipende da materiale)

Facilmente verificato, Valore rappresentativo?

(27)

ROTTURA - RESISTENZA

Normativa: prove a scoppio (300 psi)

• Pressione

(28)

ROTTURA - RESISTENZA

Dinamica (carichi ripetuti)

Rottura avviene ad un carico minore se ripetuto (accumula danno) Si sovrappone ad altri fenomeni

(29)

ROTTURA - RESISTENZA

Ageing/Danneggiamento

Condizione di ‘lavoro’ continua nel tempo per mesi, combinazione di fattori diversi:

• Carichi

• Sostanze chimiche • temperatura

• Biologici

This micro-fissure phenomenon, known as environmental stress cracking

biodegradazione

Osservazioni in-vivo

Difficili da replicare in laboratorio

(30)

CONCLUSIONI

2019

PICC tubini di platica non tanto banali!

Rigidezza dei PICC dipende da materiale (temperature, etc) + geometria

Caratteristiche meccaniche/geometria risultato di compromesso/ottimizzazione Normative evidenziano alcuni limiti, ripensare prove

(31)

SINERGIE!

Biologia

(32)

(33)