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Linear Motion Control - 2016-05-17

NSK Ball Screw & EXCOR® VAD

Quando si tratta di dispositivi medici, soprattutto quelli cardiaci, non c'è margine per eventuali avarie – il dispositivo deve rimanere sempre operativo. Secondo questo concetto, lo standard di qualità ingegneristica di Berlin Heart GmbH (produttore di innovativi dispositivi cardiaci meccanici) non è secondo a nessuno. Nella serie EXCOR® dell'azienda tedesca, una pompa pneumatica a membrana supporta il funzionamento del cuore o prende interamente in carico la sua funzione di pompaggio, mentre nella versione mobile di EXCOR®, il cuore artificiale esterno è azionato da una vite a ricircolazione di sfere in miniatura progettata e prodotta da NSK. Questo avanzato dispositivo mobile emula esattamente le funzioni del cuore umano e in nessun caso la vite a ricircolazione di sfere può guastarsi.

Il cuore umano è una macchina straordinaria, che offre portate da 3 a 4,5 l/min, il controllo adattativo con velocità da 50 a 200 cicli al minuto e tipicamente più di 100.000 cicli di lavoro al giorno. Tuttavia, purtroppo, il cuore di alcune persone non è in grado di funzionare nel modo corretto, da cui lo sviluppo di moderni sistemi di supporto cardiaco o VAD (Ventricular Assist Device) come vengono chiamati nel settore, da parte di aziende come Berlin Heart.

Fondata nel 1996, Berlin Heart GmbH è l'unico produttore di sistemi VAD in Europa e l'unica azienda del mondo che offre questa tecnologia sia per adulti che per bambini. Il paziente più giovane, che è stato mantenuto in vita con successo fino alla possibilità di eseguire un trapianto cardiaco, aveva solo otto giorni quando ha ricevuto un VAD.

Berlin Heart produce sistemi VAD che possono essere impiantati all'interno del corpo o rimanere esterni. Con questi ultimi, nel paziente vengono impiantate delle cannule collegate alle pompe pneumatiche a membrana situate esternamente al corpo (paracorporee). Nel VAD mobile EXCOR®, la vite a ricircolazione di sfere in miniatura di NSK si muove da 60 a 130 volte al minuto con una corsa singola fino a 55,5mm e spinge una quantità definita d'aria contro il diaframma che la separa dalle cannule con la circolazione sanguigna del paziente.

Quando il VAD mobile EXCOR® è stato originariamente progettato, il requisito per la selezione del fornitore della vite a ricircolazione di sfere era la vita operativa, come spiega Nedim Arslan, Direttore del Dipartimento Ingegneria di Berlin Heart: "La vite a ricircolazione di sfere in miniatura di NSK ha raggiunto una vita operativa straordinaria di circa 120 milioni di cicli, di gran lunga la più elevata nei nostri test di valutazione".

Per garantire un'assoluta tranquillità, ogni tre mesi (circa 10 milioni di cicli), le viti a ricircolazione di sfere sono soggette a un servizio di manutenzione presso Berlin Heart dove, fra le altre operazioni, le viti vengono pulite e lubrificate. Tenendo presente questo aspetto, NSK ha implementato specifiche modifiche geometriche delle viti a ricircolazione di sfere nella fase di progettazione, che rendono la manutenzione significativamente più semplice.

Un'ulteriore considerazione durante la fase di progettazione ha riguardato il tipo di lubrificante utilizzato nell'unità di azionamento. Il fatto che le viti in miniatura con diametro 8mm raggiungano temperature di 70-80°C può sembrare sorprendente, se si considera che i servomotori che azionano le pompe sanguigne hanno una conduttanza molto bassa, ma è un'indicazione di quanto il sistema di azionamento sia sollecitato. Per questo motivo, è stato molto importante usare del grasso lubrificante capace di operare, senza deteriorarsi, a queste temperature elevate.

Una vite a ricircolazione di sfere in miniatura a elevata finitura con classe di precisione C3 forma la base del sistema a vite di NSK oggi utilizzato da Berlin Heart nei suoi VAD mobili EXCOR®. Le viti sono prodotte in base ai requisiti del cliente e possono essere considerate su misura. Le viti vengono fornite pronte per l'installazione, come un modulo di azionamento completo, con le corrispondenti unità cuscinetto.

Berlin Heart ha un'esperienza quasi ventennale nei dispositivi di supporto cardiaco paracorporeo e assiste attualmente oltre 3700 pazienti. NSK, come fornitore delle viti a ricircolazione di sfere, è diventata un partner tecnologico fidato, e le due aziende collaborano strettamente in numerose occasioni per miglioramenti progettuali e affrontare le future sfide ingegneristiche.

 

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