INOVAÇÃO SISTEMÁTICA E CRIATIVIDADE

Sistemas Técnicos em Instrumentação Médica, Próteses Artificiais e Sua Evolução

Eng. Prof. Sylvio Silveira Santos

facebook.com/InovationTriz; triz4you.wordpress.com

sylvioss@gmail.com

+55)03184346099

OBJETIVOS: Este artigo trata de uma análise e aprofundamento das Tendências de

Evolução a respeito de parâmetros físicos envolvendo Ação Pulsante ou de Alta Frequência,

aplicáveis à tecnologia médica e no desenvolvimento de novos produtos.

O trabalho procura indicar oportunidades de inovação nas áreas de serviços, equipamentos e

próteses biológicas, abordando inovações presentes em novos produtos no campo

interdisciplinar da bioengenharia.

Palavras-Chave: Inovação sistemática, Inovação Aberta, TRIZ, Tendências de Evolução,

Pulsação, Alta Frequência, Ressonância, Próteses Artificiais.

1. INTRODUÇÃO

A TRIZ foi concebida mediante a investigação dos traços comuns característicos de

milhares de invenções registradas em bancos de patentes disponíveis para consulta pública

por organizações governamentais de diversos países. Seu criador, Genrich Altshuller, buscou

encontrar, nas patentes por ele investigadas, regularidades que possibilitassem a qualquer

pessoa inventar e criar novos produtos e processos a partir de caminhos já percorridos por

outros inventores, em que novas variantes pudessem ser deduzidas ou sugeridas por estas

patentes.

À pergunta, “Existirá um mecanismo ou padrão que defina a forma como as pessoas

inventam, superam dificuldades e criam novos produtos?”, Altshuller procurou responder

por meio de uma pesquisa sistematizada exaustiva o bastante para sua época.

A investigação de cerca de meio milhão de patentes, realizada por ele e colaboradores,

resultou em um conjunto de métodos capazes de auxiliarem ao pesquisador ou inventor em

sua tarefa, evitando perda de tempo e criando padrões e processos que hoje permitem a

qualquer pessoa a superar limitações para descobrir e patentear novos produtos - a invenção

ao alcance de qualquer pessoa.

Esta busca, pelo que se pode deduzir do estado atual da metodologia TRIZ, está a

caminho, constituída de um conjunto de técnicas estruturadas para inventar, criadas a partir

da década de sessenta, e que continua a evoluir nos dias atuais, sem mostrar sinais de

esgotamento.

É o que se pode depreender, visitando sites na Internet, onde numerosos especialistas expõem

os progressos na busca do “Santo Graal” da Inovação Sistemática.

A TRIZ iniciou-se em uma época em que, no mundo todo, a engenharia clássica e a

mecânica predominavam no seio das chamadas ciências exatas. Na extinta União Soviética, de

onde a metodologia TRIZ surgiu sob a liderança de Genrich Altshuller, muitos esforços

realizados nos laboratórios do Estado e na respeitada Academia de Ciências da URSS,

direcionavam as pesquisas e trabalhos para a eletrônica e controle de processos analógicos, no

domínio das variáveis contínuas no tempo e no espaço, sem que houvesse qualquer sinal de

que a revolução digital, que já se iniciava no ocidente, prevaleceria sobre seus métodos de

trabalho.

A despeito deste fato, usando instrumentação e computadores analógicos, os

soviéticos lograram obter expressivas vitórias sobre os progressos do ocidente, mormente na

corrida espacial, com o lançamento do primeiro satélite artificial da história em 04 de

outubro de 1957 no Cosmódromo de Baikonur.

Os progressos alcançados pelos soviéticos em automação e controle, embora já

tentando dominar as técnicas sofisticadas de fabricação de semicondutores, eram

significativos para a época, no auge da era analógica, enquanto o ocidente avançava a passos

largos na área digital, com microcomputadores que viriam a compor o panorama do progresso

computacional nos anos que se seguiriam à descoberta do transistor por John Bardeen, W. B.

Schockley e W. H. Brattain, e do chip de computador por Jack Kilby da Texas Instruments e

Robert Noyce, da Fairchild.

Assim, Altshuller desenvolveu sua metodologia voltada para a época em que viveu,

anterior a estas descobertas, com base em métodos clássicos de pesquisas e uma visão

consentânea com a dos engenheiros mecânicos e eletricistas da antiga União Soviética.

Modernamente, a TRIZ amadureceu. Trabalhos importantes desenvolvidos por

inúmeros especialistas ocidentais, por alguns ex-colaboradores de Altshuller e por seus ex-

alunos que migraram para o ocidente, incorporaram à teoria um caráter global, permitindo

que avançasse em termos de novos instrumentos de pesquisas, sustentados pelo uso de

computadores, Inteligência Artificial, Web Semântica e outros mecanismos de busca de

informações em centenas de milhares de patentes do mundo inteiro presentes na Internet.

Visite-se, por exemplo, o site da AULIVE, em www.aulive.com. Nele encontram-se

novas práticas, milhares de novas ideias, aliadas a uma sistematização progressiva de

processos criativos e inventivos, simulações em bancos de dados de mais de 4000 efeitos

físicos ou químicos que superam a imaginação de qualquer inventor, mas que funcionam;

testes de avaliação de criatividade e inúmeros outros recursos úteis ao pesquisador desejoso

de descobrir e patentear novos produtos e processos. Segundo Dewulf,

“Most companies have a strong team of experts in their own research field. History has shown

that many innovations come from transferring knowledge across industries. How can we use

patents to facilitate this process? Patents are an abundant source of technical information that

can be used as inspiration for new technology creation. More than half of the 69 million

patents are more than 20 years old and thereby freely available knowledge. A large part of the

other half are inventions patented outside your industry that can act as out-of-domain

solutions and are also free to use.”(Ref. 6)

Em particular, como indicaremos ao final deste trabalho, o site da AULIVE permite a

qualquer pessoa, por meio do processo de investigação semântica patenteado por seu autor,

investigar e analisar, através de várias ferramentas de comparação e exclusão, um universo de

mais de 69 milhões de patentes.

(Em http://www.patentinspiration.com/)

Neste estudo nos ocuparemos de um dos postulados da TRIZ, que diz respeito a

variações de estado que culminam com o uso de campos no desenvolvimento de novos

produtos.

Além da ênfase dada à questões relativas à Inovação e Criatividade, devemos frisar

que não há, realmente, nada de novo aqui, exceto um sentimento que invade toda e qualquer

pessoa que se aventure nos caminhos da TRIZ: uma curiosidade permanente, lúcida e

esclarecedora, sobre o universo dos produtos e artefatos produzidos pelo saber humano.

2. Estudo do Padrão de Evolução Relativo à Ação Pulsante ou de Alta Frequência

A Figura 1 abaixo mostra-nos uma sequência de padrões de evolução de produtos

segundo a metodologia TRIZ em sua versão clássica.

Podemos notar que o número de estágios de evolução é elevado, doze padrões.

Se adotarmos o padrão simplificado de Dewulf, que faz parte do método DIVA, DIrected

VAriation, não há uma padrão de evolução por assim dizer, e sim estados que correspondem a

variantes do que é denominado Espectro do Produto, Figura 2.

Enquanto que a TRIZ, no primeiro caso, procura examinar uma tendência de evolução que se

refere à Tendência de Fragmentação de um Objeto e se manifesta segundo várias etapas, no

método DIVA esta tendência não é exatamente uma sequência, mas uma caracterização de

três estados onde, quanto menor o grau de expressão, maior o grau de eficiência, sem uma o

entanto haver uma evolução nítida, pois não há necessariamente uma sequência entre as

propriedades do espectro. Estes dois casos distintos de se considerar o mesmo problema são

mostrados nas figuras abaixo.

Figura 1: Tendências de Evolução de um produto segundo o modelo clássico da TRIZ.

Figura 2: Os padrões de PULSAÇÃO segundo DIVA, em que o espectro de três propriedades é

considerado:

Ações contínuas Pulsação Ressonância

Figura 2: Ação contínua, Pulsação e Ressonância, três padrões do Espectro correspondentes à

PULSAÇÃO, segundo o método da Variação Direta.

Na TRIZ, segundo o modelo clássico de Altshuller, a ação pulsante ou de alta frequência é

tratada pelo Princípio 18, que considera as causas determinantes deste fenômeno em termos

macroscópicos, relacionado a vibrações mecânicas capazes de fazer com que um objeto oscile

ou entre em vibração, sendo os graus de evolução aqueles representados na Figura 1,

podendo chegar a Campos Esparsos.

Muitos sistemas possuem múltiplas e distintas frequências de ressonância e “esse fenômeno

ocorre com todos os tipos de vibrações ou ondas; mecânicas (acústicas), eletromagnéticas, e

funções de onda quântica, lasers, etc. Sistemas ressonantes podem ser usados para gerar

vibrações de uma frequência específica, ou para obter frequências complexas contendo uma

superposição de muitas frequências” (Wikipedia).

Para o especialista russo Yury Salamatov,

(http://www.sdr.ebiz.tw/TRIZ/Pattern_Evolution/TESE/TESE_07.htm) , a PULSAÇÃO está

inserida na propriedade DINAMIZAÇÃO, cuja tendência é:

Dinamização de campo (Field Dynamization) Intensidade constante do campo Campos com gradiente Campos variáveis Campos pulsantes Campos com ressonância Campos de interferência (ondas estáticas e variáveis)

Em geral, o efeito de pulsação obtido pode ter como objetivo aumentar a eficiência de

um efeito já presente, tornando-o útil e a nosso favor, pois se formos analisar os efeitos

danosos, como oscilações de baixa frequência geradas, por exemplo, por ventos fortes nas

estruturas de pontes e edifícios, qualquer tipo de ressonância seria prejudicial, e isto nem

sempre acontece.

A inversão, um princípio da TRIZ que recomenda que se coloque o efeito prejudicial a nosso

favor (“The other way around”, Inverted Action, Princípio de número 13 da Tabela dos

Princípios Criativos de Altshuller), pode-se lembrar, tem tido uso frequente em diversas

aplicações , como o emprego de ressonância na limpeza de muros de concreto, na

fragmentação de calçadas ou do asfalto por meio de marteletes de pressão, na limpeza de

cascos de navios em que, invertendo efeitos danosos da ressonância, dela se pode fazer uso

para a retirada de moluscos, mariscos e materiais indesejáveis aderentes ao casco e um grande

número de outras aplicações.

São inúmeros os exemplos da utilidade do uso de pulsação e ressonância na área

médica e odontológica. Na medicina, por exemplo, são comuns métodos clínicos não invasivos,

como a pulsação utilizada com a intenção de quebrar pedras nos rins dos pacientes.

Muitas vezes, o uso de frequências superiores nos equipamentos de ultrassom aplica-se ao

diagnóstico de diversas doenças e etiologias.

Em odontologia, instrumentos delicados usam ultrassom para remoção de tártaro nos

dentes, fazendo uso de ressonância a uma frequência apropriada, o suficiente para não

prejudicar o esmalte dos dentes. Estes aparelhos eletrônicos de baixo custo trabalham

geralmente acoplados a um transdutor piezo-elétrico que transmite à peça de mão

movimentos oscilatórios conjugados, que podem atingir frequências na faixa de 29 KHz a 32

KHz, proporcionando vibrações perfeitas no plano longitudinal, sem traumas, sem agressão ao

esmalte e sem gerar calor (Cf. Med–Sinal, http://www.med-sinal.com.br/)

Devemos observar que, no diagrama estruturado das Tendências de Evolução de um produto

segundo o Modelo Clássico da TRIZ, equipamentos mais sofisticados em uso na área médica

operam além do nível de plasma, já na faixa de CAMPOS, sejam MAGNÉTICOS,

ELETROMAGNÉTICOS, ou de RADIAÇÕES, como é o caso dos aparelhos de ressonância

magnética ou de Tomografia Computadorizada.

O histórico dos geradores de frequências para uso em instrumentos médicos ou de

comunicação é vasto.

No campo das micro-ondas, temos uma evolução das válvulas dos anos cinquenta,

KLYSTRON E MAGNETRON.

A válvula MAGNETRON é uma invenção antiga, tendo sido criada pelo americano Albert Hull

para controlar o fluxo eletrônico em diodos por meio da atuação de um campo magnético

controlado. Usada em fornos de micro-ondas, se tornou uma “comodity” altamente

padronizada, estando hoje presente em quase todos os lares brasileiros.

A TRIZ, na Figura 3 abaixo, opera sobre uma representação de fenômenos vibratórios que

ocorrem em muitos fenômenos físicos, a maioria deles perceptíveis a nossos sentidos, em

baixa frequência, o que se ajusta à maioria das aplicações domésticas.

Uma análise de toda a extensão do espectro eletromagnético, conforme a figura abaixo, nos

mostra a faixa de operação de micro ondas, logo após o término do limite de frequência

modulada FM no sentido ascendente de frequências.

Figura 3: Espectro de frequências. Observe-se a posição de micro ondas no espectro.

Fonte: http://www.thecelebritypix.com/

Na sequência dos padrões de evolução técnica e do avanço do conhecimento, com o

aumento de frequência, na Inglaterra, ao tempo da Segunda Grande Guerra, a válvula

KLYSTRON evoluiu, permitindo que o conhecimento pleno de seu funcionamento levasse à

descoberta do RADAR, dando início a tudo o que viria depois, compondo os cenários da guerra

eletrônica dos dias atuais.

A válvula KLYSTRON é um amplificador de potência em que a modulação do sinal para

vídeo e radar ocorre em frequências de até 3500 MHz.

Nesta válvula, a velocidade dos elétrons é submetida a oscilações periódicas de forma que os

elétrons em seu percurso do catodo para o anodo passem por dois pares de grades ou

cavidades ressonantes, adquirindo energia e, assim, permitindo que a válvula atue como

elemento amplificador.

Nos aparelhos de ressonância magnética empregados na área médica, as imagens são

obtidas no domínio das frequências ultraelevadas, NÍVEL III, ao nível de vibração dos cristais

atômicos.

As imagens nestes aparelhos de alto custo são obtidas por meio da conjugação de um

complexo conjunto de instrumentos que utilizam interação com átomos de hidrogênio nos

materiais ferromagnéticos, capazes de entrar em ressonância. Do ponto de vista de geração de

imagens, programas de computador cuidam da análise matemática dos sinais captados

valendo-se das transformações de Fourier e da Análise Espectral.

Uma das vantagens dos instrumentos de ressonância magnética é não usarem

radiações ionizantes, situadas à esquerda do espectro eletromagnético, tendo porem um

inconveniente: pacientes portadores de próteses metálicas ou marca passos não podem se

submeter aos exames de ressonância magnética.

3. A Área Cardiovascular - Em termos de próteses biológicas, ainda há muito que

descobrir e inventar

“De Motu Cordis” foi o título de um livro publicado em 1628 por William Harvey (1578-

1657), médico britânico que pela primeira vez descreveu corretamente os detalhes do sistema

cardiovascular e os movimentos do coração e do sangue.

Seu livro veio revolucionar a medicina de seu tempo em Londres, onde trabalhou como médico

cirurgião do Bartholomew Hospital tendo sido também professor de Anatomia e Cirurgia do Royal

College of Physicians naquela cidade em 1609.

Tive a oportunidade, em 1966, de ler uma reedição deste livro extraordinário, o qual me despertou grande interesse nas diversas áreas da biofísica, bioengenharia e Cibernética, pelo que passei a acompanhar com atenção a evolução de várias pesquisas que vinham sendo realizadas neste campo e em áreas interdisciplinares, fato que me acompanhou durante toda a vida acadêmica.

Em 1967, no dia 03 de Dezembro, recebi surpreso a notícia do primeiro transplante de coração realizado na África do Sul pelo cirurgião Christian Barnaard e sua equipe. O paciente, Louis Washkansky, atendido por uma equipe de vinte cirurgiões chefiados pelo Dr. Barnard, faleceu 18 dias após à cirurgia, de pneumonia.

Tinha início assim uma onda de transplantes cardíacos que inclusive chegaria ao Brasil, através de um pioneiro, o Dr. Euclydes de Jesus Zerbini (1912-1993), professor da Universidade de São Paulo e fundador do Centro de Estudos de Cirurgia Cardíaca, que com sua equipe, realizou o 5º. transplante de coração no mundo. O centro de Estudos da Universidade se tornaria, mais tarde, o Hospital do Coração da Cidade de São Paulo. Nesta área, o ritmo dos transplantes do coração se acelerou nos anos seguintes, em

virtude da descoberta de drogas imunossupressoras. Muitas invenções, relativas a próteses cardíacas parciais e também próteses

completas, usando novos materiais de elevada resistência, imunes à rejeição pelos tecidos e fluidos corporais, passaram a ocupar com mais frequência os bancos de patentes de produtos na área da Engenharia Biomédica, bem como os hospitais especializados.

Dentre os avanços mais relevantes, numerosos projetos foram direcionados para a

circulação extracorpórea, destinada a ser utilizada por breves períodos até o restabelecimento do paciente ou enquanto não se encontra algum doador compatível para transplante, ou para correção clínica de alguma patologia, sem a troca do coração.

Dentre estes projetos pioneiros, destaca-se a intervenção cirúrgica realizada em 26 de Abril de 1966, em que o cirurgião Michael DeBakey e o Dr. Domingo Liotta, do Hospital Metodista em Houston, Texas, implantaram o primeiro mecanismo de assistência ao ventrículo esquerdo (LVAD, Left Ventricular Assist Device) de um paciente, em uma posição que permitia a uma bomba externa ficar situada do lado de fora do leito. Infelizmente, após a cirurgia, o paciente sofreu um choque cardiogênico, o que levou a seu falecimento por complicações neurológicas e pulmonares.

Apesar da perda deste paciente em um prazo extremamente curto, a elevada confiança no equipamento projetado por seus idealizadores DeBakey e Liotta possibilitou que fossem incentivados a implantar o LVAD em um novo paciente, e a cirugia foi bem sucedida. O paciente recuperou-se e teve alta do hospital após dez dias.

Este foi o primeiro caso de implantação de um dispositivo extracopóreo na história da medicina, o que veio estimular outros pesquisadores na busca de soluções para projetar e construir um coração artificial que pudesse ser integralmente instalado no paciente, permitindo plena recuperação.

No blog Pharmaceutical Intelligence, artigo publicado recentemente descreve as inúmeras alterantivas e projetos a respeito de soluções da Bioengenharia para próteses temporárias, com circulação extra-corpórea, e também proteses completas, como aquela que reportamos neste estudo. Veja-se em:

“Alternative Designs for the Human Artificial Heart: Patients in Heart Failure –

Outcomes of Transplant (donor)/Implantation (artificial) and Monitoring Technologies for the Transplant/Implant Patient in the Community’, em http://pharmaceuticalintelligence.com/tag/ventricular-assist-device/

O CORAÇÃO ARTIFICIAL DA EMPRESA CARMAT, UM DOS MAIS BEM SUCEDIDOS DO MUNDO, O PRIMEIRO CORAÇÃO ARTIFICIAL DESTINADO AO USO INTRA-CORPÓREO.

O coração artificial da CARMAT, instrumento a ser examinado aqui, não se encontra nas sequências de evolução da TRIZ apresentadas no início, Figura 1, mas corresponde ao Princípio para Inovação da TRIZ de Número 18 – Vibração Mecanica: Fazer com que um objeto oscile ou possa vibrar - e está presente na propriedade pertencente ao ao Grupo II (baixa frequência, pulsação) do espectro segundo o método da Variação Direta. Escolhemos este equipamento por se tratar da primeira prótese cardíaca autônoma para substituição integral do coração, o qual já foi implantada em um paciente na França recentemente e já tem uma fila de espera de sete pacientes.

Este coração artificial consiste de duas cavidades que simulam a ação dos ventrículos, os quais estão separados por uma fina membrana que é acionada hidraulicamente por meio de um fluido (Princípio de número 2 da TRIZ: SEPARAÇÃO: Separar apenas as partes necessárias, ou propriedades, para a tarefa que se tem em vista, ou remover uma parte de objeto ou sistema causadora de interferências). Neste artefato, sensores de ultrassom integrados ajudam a acompanhar os movimentos das câmaras. A membrana de separação reproduz as ações da parede ventricular durante as contrações, mantendo continuidade de bombeamento do fluxo de sangue venoso e arterial de modo separado circulando simultâneamente nas duas câmaras.

O coração funciona alimentado por baterias de Lítio-Íon, sendo comandado por sensores e um microcomputador externo que controla e ajusta permanentemente sua atividade, além de possuir varios microprocessadores internos que desempenham outras funções vitais.

O coração artificial CARMAT representa um avanço significativo sobre os inúmeros

projetos de coração artificial que se seguiram após o primeiro transplante realizado na Africa do Sul pelo Dr. Christiaan Barnard, não sem dificuldades.

De fato, neste campo, os projetistas da CARMAT tiveram de superar problemas relativos a destruição dos glóbulos vermelhos do sangue, causas de embolia e infecções que poderiam interferir na recuperação do paciente: as partes do coração em contato com o sangue tiveram de ser fabricadas utilisando materiais derivados de tecidos e cartilagem de animais, para fins de biocompatibilidade. Sobre este coração, patentes anteriores do Dr. Latrémouille foram decisivas para que ele se destacasse como o único artefato de sua classe fabricado para ser ajustável às demandas físicas do paciente, algo que as limitações de outros projetos não puderam atender.

Abaixo, uma descrição deste extraordinário produto desenvolvido a partir de

fundamentos científicos interdisciplinares de bioengenharia, biônica, cardiologia, computação e programação aplicadas, hemodinâmica e simulações do funcionamento integral do sistema cardio-vascular.

Em 18 de Dezembro de 2013, deu-se na França o primeiro implante deste coração, projetado para que venha a durar cinco anos. O implante foi conduzido pelo Dr. Christian Latrémouille, cirurgião cardio-vascular do Hospital Georges-Pompidou e o professor Denis Duveau, da Universidade de Nantes, em um paciente de 75 anos que, segundo os boletins médicos, vem passando bem.

A implantação do coração artificial no paciente foi aprovada pela ANSM (Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des Produits de Santé), organismo Francês de proteção à saúde e o comitê Francês de Ética Médica. Segundo o fabricante CARMAT, este coração é o resultado de uma combinação única: a experiência do Dr. Prof. Alain Carpentier, Prof. Emérito da Universidade de Paris e cirurgião do Hospital Georges-Pompidou, conhecido mundialmente como o inventor das válvulas cardíacas Carpentier-Edwards®, as mais utilizadas no mundo. A eles juntou-se a experiência técnica do grupo EADS, que agrega empresas francesas líderes no campo aeroespacial e biotecnologia, a MATRA e a CARMAT, anteriormente citada.

Prof. Alain Carpentier, projetista do primeiro coração artificial totalmente implantável no mundo, cujo registro da primeira patente ocorreu há vinte e seis anos,1988. Suas características técnicas foram gradualmente aperfeiçoadas, após ser submetido a múltiplos testes em animais até poder ser implantado em um ser humano. (Foto AP).

Veja um video deste projeto no YouTube em http://www.youtube.com/watch?v=PLPjEbT32U8

Nas figura 4: Acima, imagens do coração artificial, mostrando as duas câmaras, separadas por membranas.

Diversos aspectos éticos foram levantados e debatidos longamente pelos organismos franceses responsáveis por ética médica que aprovaram, após criteriosos exames, a implantação deste coração artificial em pacientes terminais com insuficiência cardíaca aguda. O coração pesa apenas 900 gramas. Fonte: http://www.francebleu.fr/

Figura 5: O coração artificial da empresa francesa CARMAT, uma proeza da bioengenharia, já em

fase pós-experimental. Fonte: Site da CARMAT, em http://www.carmatsa.com/index.php?lang=en

Para termos uma ideia da importância comercial deste produto, devemos citar

que, após sua implantação bem sucedida em um paciente, as ações na Bolsa Europeia da

CARMAT compensaram as perdas de 2011, subindo 57% em 2012.

O valor do grupo CARMAT na bolsa europeia é hoje de cerca de 554 milhões de Euros, em que

o preço por ação saltou de 18 Euros antes do bem sucedido implante para 100 Euros nos dias

atuais.

Este coração, se implantado em um paciente, ficará em torno de 150.000 Euros, muito

próximo do custo de um transplante total do coração segundo as técnicas pioneiras do Dr.

Christian Barnaard utilizadas em 1967 na África do Sul.

A CARMAT espera obter em breve a licença da Food and Drug Administration (FDA) dos

Estados Unidos, para disponibilizar seu produto (dispositivo Classe III) para clientes daquele

país.

RESUMO

Em relação aos princípios de evolução da tecnologia em geral de que trata a TRIZ, Teoria dos

Processos Inventivos de Altshuller, salientados no início e com relação à proeza técnica do

coração artificial acima descrito, podemos chegar às seguintes conclusões:

O coração artificial de Carpentier atingiu o nível mais elevado de uma prótese cardíaca

artificial em humanos;

No que diz respeito a atingir um resultado ideal quanto à sua utilização, de acordo com

as tendências de evolução da TRIZ, os parâmetros que governam um projeto desta

natureza são inúmeros, e nem todos os requisitos técnicos podem ser

simultaneamente satisfeitos. No entanto, a experiência mostra que, em relação ao seu

Potencial de Inovação, este milagre da bioengenharia moderna poderá evoluir muito

nos anos vindouros.

Podemos finalmente fazer as seguintes observações, com relação aos objetivos

traçados inicialmente neste artigo:

o Rejeição: este é o principal obstáculo em próteses tradicionais de transplante

cardíaco integral, em que pese o avanço na área de fármacos imuno-

supressores,

o Uma maior interdependência entre técnicas que se utilizem de materiais

orgânicos, como válvulas cardíacas de animais, cartilagens, etc., e seu

tratamento para uso em humanos são os materiais mais indicados para este

tipo de instrumento, o coração artificial;

o O produto aqui analisado exigiu a utilização de materiais ultra resistentes e ao

mesmo tempo ultra leves, uma contradição a vencer segundo os princípios de

Altshuller;

o Por esta razão, o coração artificial de Carpentier está sendo construído

utilizando materiais biológicos, extraídos de animais, trabalhados e

modelados segundo técnicas patenteadas pelo referido inventor (bio-

materiais, “pseudo-skin” de materiais porosos e bio-sintéticos);

o Atenção à preservação dos parâmetros normais constitutivos do plasma

sanguíneo. Modernamente, o desenvolvimento de novos materiais para

fabricação de próteses compatíveis com os tecidos e líquidos do corpo

humano, principalmente o sangue artificial, tem sido objeto de intensas

pesquisas, e se tornado um dos maiores obstáculos a vencer nos projetos do

coração artificial.

o Habilidade cinestésica do organismo e do aparelho, em acompanhar as

demandas motoras exigidas pelo paciente, tanto em repouso quando

exercendo algum tipo de esforço físico. O projeto do coração aqui descrito

atende a este requisito.

o Alimentação, com energia fornecida por meio de fonte externa, sem prejuízo

das funções vitais do paciente (Princípio de Inovação de número 2,

SEPARAÇÃO, da Tabela dos 40 Princípios para Inovação de Altshuller);

o Superação dos obstáculos éticos, referentes tanto às leis e regulamentos que

regem as relações médico-paciente, nos limites do desenlace próximo, quanto

à consciência dos próprios médicos em usar esta solução extrema para

prolongar a vida do paciente e, talvez, seu sofrimento.

Resumindo, se denominarmos por F1 todos os aspectos positivos capazes de motivar sua

implantação e de todos os aspectos negativos por F2 dela decorrentes, teremos:

F1 – Aspectos positivos versus F2 – Aspectos negativos (Problema)

DEVE SER : F1 & F2 Resultado Final Ideal (RFI)

A produção em escala comercial do coração artificial de Carpentier deverá, portanto,

alcançar um resultado ideal em circunstâncias extremamente críticas, em que mais de mil

parâmetros devem ser controlados rigorosamente, daí a dificuldade de um projeto dessa natureza.

A patente, cuja transcrição foi obtida mediante uma consulta ao site PatentsIspiration.com, está

parcialmente transcrita no apêndice abaixo:

APÊNDICE

Implantable one-piece heart prosthesis US2012089226A1

Abstract

Implantable one-piece heart prosthesis. According to the invention, the prosthesis comprises a

main hydraulic actuator (13t) arranged between the artificial ventricles (2 and 8) and designed

to actuate, with desired flow rates, one (8) of saidartificial ventricles, and also an auxiliary

hydraulic actuator (7t) designed to correct the diastolic and systolic flow rates of the other (2) of

said ventricles.

Publication date

11 Apr 2012

Applicants

GRIMME MARC [FR]

GOURGUES JEAN-ELIE [FR]

CARPENTIER ALAIN [FR]

WARTELLE CLAUDE [FR]

CARMAT [FR]

Inventors

GRIMME MARC [FR]

GOURGUES JEAN-ELIE [FR]

CARPENTIER ALAIN [FR]

WARTELLE CLAUDE [FR]

Codes

A61M1/106

A61M1/12

Uma descrição parcial desta patente, que se desdobra em vários subcomponentes, segue

abaixo:

[0001] This invention relates to an implantable one-piece heart prosthesis.

[0002] From document U.S. Pat. No. 5,135,539, a heart prosthesis being implantable in the

pericardial cavity of a patient is known, said prosthesis being capable of replacing the natural left and

right ventricles of said patient after ablation thereof and comprising:

a stiff body in which artificial left and right ventricles are arranged, each of

these artificialventricles comprising a soft pulsatile membrane:

which is capable of beating under the action of a hydraulic fluid, and

which is provided within a cavity sealingly partitioned by said membrane into two

chambers, one of which is intended for blood flow and the other of which is intended for

said hydraulic fluid, the blood chamber of the artificial left ventricle being intended to be

connected to the natural left atrium and to the aorta, whereas the blood chamber of

the artificial right ventricle is intended to be connected to the natural right atrium and to

the pulmonary artery;

two hydraulic actuators connected to the hydraulic fluid chambers of said cavities within said

stiff body, for alternately injecting therein and expulsing therefrom hydraulic fluid and

providing desired values of diastolic and systolic flow rates; and

a soft bag widely and sealingly surrounding at least one portion of said stiff body while

enclosing said hydraulic actuators, said soft bag serving both as a hydraulic fluid reservoir

for said hydraulic actuators and as a compliance chamber.

[0008] In this known heart prosthesis, each actuator is associated with a ventricle and, in order to

comply with physiology, both actuators can operate independently from each other and particularly in

a synchronised way, that is both ventricles can be respectively and simultaneously either in diastole

or in systole. In this case, the result is that said soft bag undergoes large displacements, since the

whole fluid required for animating right and left pulsatile membranes is alternately injected, and then

drawn into said soft bag. If the capacity of each ventricle is of about 75 cm3, the volume variations of

the bag may reach 150 cm3. Such high amplitude beats of the bag, on the one hand, may raise

issues of housing said prosthesis within the pericardial cavity and, on the other hand, cause an

inflammation of the surrounding tissue, with the risk for a thick fibrous capsule to occur, capable of

hindering the beats of the bag and altering the operation of the prosthesis.

[0009] Besides, such a synchronised operation requires that both actuators are capable of the same

performance, which is of a high power cost.

[0010] In order to overcome these drawbacks, it could be possible, as suggested by document WO-

0,191,828, to remove one of said actuators and operate the ventricles in phase opposition, one of

said ventricles being in diastole whereas the other is in systole. Thus, the hydraulic fluid is

transferred from a ventricle into the other with much reduced beats of the bag. In addition, such

aheart prosthesis is advantageous in terms of space and power consumption, since it only comprises

one actuator. However, it has the drawback of controlling the intake duration of one of the ventricles

based on the ejection of the other, such that the diastole durations are necessarily equal to the

systole durations, which does not enable physiology to be complied with. In addition, such

a heartprosthesis with one single actuator has the risk, in operation, of either drawing the atria and

failing to fill the ventricles, or performing too slow ejection and not maintaining a proper pressure.

[0011] This invention aims at overcoming these drawbacks by improving the heart prosthesis with

two actuators described above.

[0012] For this purpose, according to the invention, such a heart prosthesis with two actuators is

remarkable in that:

one of said actuators is a main one and is provided between the hydraulic fluid chambers of

both artificial ventricles, one of which is driving and the other is driven;

the other of said actuators is a auxiliary one and is provided between the hydraulic fluid

chamber of said driven artificial ventricle and said reservoir of hydraulic fluid made up by

said soft bag;

the main actuator:

transmits to said driving artificial ventricle diastolic and systolic flow rates having

desired respective values for this driving artificial ventricle, and

transmits to said driven artificial ventricle:

a systolic flow rate opposite to said diastolic flow rate of a desired value for said

driving artificial ventricle, and

a diastolic flow rate opposite to said systolic flow rate of a desired value for said

driving artificial ventricle; and

the auxiliary actuator transmits to said driven artificial ventricle correction systolic

and diastolic flow rates for correcting said systolic and diastolic flow rates

transmitted by said main actuator to said driven artificial ventricle and for

communicating respectively to the corrected systolic and diastolic flow rates

desired values for said driven artificial ventricle.

[0021] Thus, with the present invention, the beats of the sealed bag are restricted since, in operation,

the hydraulic fluid is transferred from one artificial ventricle to the other. However, with said correction

flow rates generated by said auxiliary actuator, the diastole and the systole durations are not

necessarily equal.

[0022] Besides, the auxiliary actuator can have a lesser power than said main actuator, such that the

power consumption of the prosthesis in accordance with this invention is lower than the power

consumption of the known prosthesis with two actuators. In addition, the auxiliary actuator can also

have a smaller size than the one of said main actuator.

[0023] Preferably, the driving artificial ventricle corresponds to the right artificial ventricle, whereas

the driven artificial ventricle corresponds to the left artificial ventricle. In addition, it is advantageous

that said main and auxiliary actuators are of the volumetric motor pump type.

[0024] For the convenience of accommodating the prosthesis inside the pericardial cavity, it is also

advantageous that said main actuator and said auxiliary actuator are provided in the vicinity of each

other. In this case, in order to benefit from the anatomy, said main and auxiliary actuators are

provided in the vicinity of the left artificial ventricle and so they communicate commonly with the

hydraulic fluid chamber of this latter ventricle, while said main actuator is connected to the hydraulic

fluid chamber of the right artificial ventricle by a duct outside said stiff body.

BIBLIOGRAFIA e LINKS CONSULTADOS

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Springer, 2012, Berlin, Germany

ZERBINI, Euryclides, http://pt.wikipedia.org/wiki/Euryclides_de_Jesus_Zerbini

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