Sistemi motore nella tecnologia medica

Sistemi motore nella tecnologia medica

Almeno 50.000 pazienti all'anno muoiono in Europa a causa di infezioni acquisite in ospedale. Con questo dato allarmante, la Società Tedesca per l'Igiene Ospedaliera (DGKH) ha messo il dito in una ferita seria all'inizio del 2008: i microbi resistenti agli antibiotici sono in aumento negli ospedali. La richiesta di una maggiore igiene nelle sale operatorie include anche gli strumenti chirurgici.

Strumenti power medicali come trapani, seghe o frese vengono oggi utilizzati in molti interventi chirurgici e operazioni ortopediche. Quando attraverso l'osteosintesi si fissa un osso rotto con una piastra, vengono impiegati trapani e cacciaviti. Nella protesica, un sistema di lavaggio portatile serve a pulire il letto osseo per un'interfaccia ottimale tra osso e cemento.

Dopo l'intervento, gli strumenti devono essere puliti e sterilizzati accuratamente. La sterilizzazione a vapore è il metodo più comune per eliminare i microrganismi negli ospedali e nelle cliniche.

Gli strumenti chirurgici sono azionati da motori diversi. Motori elettrici — alimentati a batteria o cablati — competono con sistemi azionati pneumaticamente. Tuttavia, non tutti i tipi di azionamento sono ugualmente adatti alla sterilizzazione con vapore acqueo. I materiali da sterilizzare vengono trattati con vapore saturo e puro fino a 134 gradi Celsius, che agisce su tutte le superfici degli strumenti precedentemente puliti.

Particolarmente adatti alla sterilizzazione a vapore sono i motori a aria compressa di costruzione moderna. Nei motori elettrici, si rischia un cortocircuito. Le batterie possono essere danneggiate dal trattamento con vapore in autoclave. Per questo motivo, vengono ricaricate fuori dalla sala operatoria e rimangono non sterili.
Un evidente svantaggio rispetto ai sistemi a aria compressa, che sono disponibili in sala operatoria in modo completamente sterile accanto al tavolo operatorio.

La DEPRAG SCHULZ GMBH & CO. nella regione dell'Alto Palatinato ad Amberg è un rinomato specialista nella produzione di motori a aria compressa di alta qualità. Con la serie 67, offre una gamma di motori a lamelle in acciaio inossidabile, facilmente sterilizzabili con vapore e quindi ideali per l'uso in tecnologia medica. La spina motore di questa serie è anch'essa in acciaio inossidabile di alta qualità e resiste anche a detergenti aggressivi. Tutti i motori sono completamente sigillati, impedendo perdite di aria.
La pressione interna in uno strumento azionato pneumaticamente impedisce anche l'ingresso di sporco, un vantaggio in ambienti di sala operatoria.

Con i motori a lamelle in acciaio inossidabile, il produttore di strumenti power medici ha un'unità di azionamento ottimale per soddisfare le alte richieste del mercato. Nella progettazione di motori per applicazioni mediche, si dà molta importanza a superfici lisce — ciò facilita la pulizia e contribuisce a una perfetta igiene.

Il principio del motore a aria compressa è semplice. L'aria compressa generata da un compressore mette in rotazione il motore. Nel motore a lamelle avviene nel seguente modo: il rotore, che gira in un cilindro eccentricamente posizionato, viene messo in movimento. Le lamelle sono inserite nelle sue scanalature e vengono spinte verso l'esterno dalla forza centrifuga contro la parete del cilindro. Si formano così camere di lavoro per l'espansione dell'aria compressa. Attraverso questa espansione, l'energia di pressione si trasforma in energia cinetica — generando così il movimento di rotazione.

Quali richieste fa il chirurgo a uno strumento chirurgico moderno, oltre alla sterilizzabilità? Motori potenti e compatti devono azionare trapani con rotazione destra e sinistra per filettare (con circa 800 giri/min e una coppia fino a 4,5 Nm), seghe a percussione e oscillanti (che operano a circa 16.000 giri/min), e frese ossee (con circa 250 giri/min e una coppia fino a 14 Nm).
Lo strumento deve essere leggero e ergonomicamente ben maneggevole — un'operazione può durare anche diverse ore.

Gli esperti ritengono che negli Stati Uniti circa un quarto degli strumenti motorizzati chirurgici siano azionati da motori a aria compressa. Principalmente perché si possono facilmente collegare alla rete di aria compressa esistente negli ospedali.
In Germania e in gran parte del resto d'Europa, l'infrastruttura di aria compressa negli ospedali è presente e può essere mantenuta senza grandi costi. Questo favorisce molto l'uso di strumenti azionati a aria compressa in sala operatoria. I sistemi a batteria moderni, grazie all'uso di litio-ioni, sono più affidabili e duraturi rispetto alle tecnologie precedenti, ma rispetto alla potenza della batteria, l'aria compressa è disponibile illimitatamente, indipendentemente dalla durata dell'intervento.

Un altro grande svantaggio dei motori elettrici è che, sotto carico, sviluppano calore che non si dissipa facilmente. Con un uso continuato, i sistemi elettrici si surriscaldano in generale. Per evitare un surriscaldamento del sistema e possibili danni a paziente o operatore, è necessario rispettare i tempi di raffreddamento. Nei sistemi pneumatici, la cosa è diversa: «Il surriscaldamento è escluso nel motore a aria compressa grazie al suo funzionamento», spiega Dagmar Hierl, product manager di DEPRAG SCHULZ GMBH & CO. «L'espansione dell'aria raffredda il motore sotto carico.»

Il motore a aria compressa può essere caricato fino all'arresto senza subire danni. Dopo aver ridotto il carico, riprende a funzionare senza problemi e può farlo ripetutamente, anche con un uso intensivo. Questo rende uno strumento azionato pneumaticamente affidabile e durevole.

La potenza erogata dal motore a aria compressa rimane pressoché costante su ampi intervalli di velocità. Può quindi essere utilizzato in modo ottimale anche in un campo di carichi variabili. La velocità può essere regolata senza gradini variando la quantità di aria. Il chirurgo può facilmente adattare la potenza del motore alle esigenze specifiche. Ad esempio, può regolare la potenza della pompa di un sistema di lavaggio in base alla densità ossea del paziente.
Il principale vantaggio del motore a aria compressa come azionamento è la sua alta densità di potenza. A seconda della versione, richiede solo un quinto della massa di un motore elettrico commerciale o un terzo delle sue dimensioni. Gli strumenti chirurgici devono essere piccoli e molto maneggevoli. È comprensibile, pensando all'uso millimetrico in uno spazio limitato come una sala operatoria. Un motore a aria compressa DEPRAG in acciaio inossidabile, con un ingranaggio planetario integrato e una potenza di 400 W, è lungo solo 61 millimetri e ha un diametro di 32 millimetri.

In sala operatoria, un azionamento deve funzionare senza olio, come anche nell'industria alimentare o chimica. Per i motori DEPRAG a aria compressa, non è un problema, solo le lamelle di basso costo devono essere sostituite periodicamente come parti di usura. Per l'uso in ambienti puliti senza olio, il produttore offre lamelle speciali adattate a questa applicazione. I bassi costi di manutenzione sono un ulteriore vantaggio. Rispetto ai motori a batteria, in cui la sostituzione delle batterie rappresenta un costo non trascurabile per la gestione del sistema, un azionamento pneumatico è robusto, resistente e può essere utilizzato per anni con poca manutenzione.

La serie avanzata DEPRAG 67 comprende motori con diverse configurazioni a un prezzo competitivo. Sono inclusi vari tipi di spinte di uscita e diversi supporti motore. Sono disponibili anche soluzioni personalizzate, come azionamenti senza ferrite in ceramica di vetro o in plastica, utilizzati ad esempio nella terapia di risonanza magnetica.