Manyetik Rezonans Görüntüleme altında Manyetik Destekli Uzaktan Kumandalı mikrokateter İpucu Sehim

Lazer torna litografi tarafından yapılan microcoil ucu ile endovasküler mikrokateter uygulanan Mevcut çeşitli endovasküler işlemler sırasında vaskülatürün gezinme hızını ve etkinliğini artırabilir manyetik rezonans (MR) rehberliği altında kontrol deplasmanlar elde edebilirsiniz.

X-ışını floroskopi eşliğinde endovasküler girişimler zor kateter navigasyon ve potansiyel MR gözetiminde bir manyetik yönlendirilebilir kateter kullanarak aşılabilir iyonizan radyasyon kullanımı dahil olmak üzere birçok önemli sınırlamalar vardır.

Bu çalışmanın temel amacı olan ucu uzaktan MR tarayıcı manyetik alanını kullanarak kontrol edilebilir bir mikrokateter geliştirmektir. Bu protokol, tutarlı ve denetlenebilir deplasmanlar üretmek için microcoil uçlu mikrokateter akımı uygulanması için prosedürler tarif amaçlamaktadır.

Bir microcoil bir Polyimide uçlu Endovasküler kateter üzerine lazer torna litografi kullanarak fabrikasyon edildi. Vitro testinde kararlı durum serbest devinim (SSFP) sekans kullanılarak 1.5-T MR sisteminin gözetiminde bir su banyosunda ve damar fantom yapıldı. Akım çeşitli miktarlarda mea üretmek için mikrokateter bir rulo uygulanmıştırsureable ucu deplasmanlar ve vasküler hayaletler gezinmek.

Bu cihazın gelecek gelişme test ve endovasküler girişimsel MRI ortamında devrim için fırsat için bir platform sağlar.

Beyin anevrizması, iskemik inme, solid tümörler, ateroskleroz ve dünya çapında ¹ yılda bir milyondan fazla hastada hedefleme kardiyak aritmiler gibi çeşitli ciddi hastalıklara tedavi etmek için damar yoluyla kateter navigasyon için bir araç olarak girişimsel ilaç kullanımı x-ışını rehberliğinde gerçekleştirilen Endovasküler işlemler ^{- 5.} Kontrast madde kullanımı ile, damar yoluyla navigasyon en müdahaleci eli ⁶ ile kateter ve mekanik ilerleme elle rotasyonu yoluyla elde edilir. Ancak, birçok vasküler virajlardaki küçük dolambaçlı kan damarları aracılığıyla navigasyon hedef siteye ulaşmadan önce süre uzatma, giderek zorlaşır. Bu tür bir tıkalı damar içinde pıhtı çıkarılması gibi zaman duyarlı işlemler için bir sorun teşkil etmektedir. Ayrıca, uzun süreli işlemler radyasyon dozu artırmak ve advers olaylar ^7-11 için potansiyel yaratmaktadır. Ancak, endovasküler işlemler Magnetik altında gerçekleştirilirc rezonans bir çözüm sağlayabilir.

MRI tarayıcı kuvvetli homojen manyetik alan uzaktan kumanda ^12,13 ile kateter ucu navigasyon için kullanılabilir. Kateter ucunda yer alır bir microcoil uygulanan Mevcut o MRI tarayıcı ¹³ (Şekil 1) delik ile aynı hizada olduğu gibi, bir tork yaşayan bir küçük manyetik momenti, indükler. Elektrik akımı, bir kişi içinde bobin aktif ise, kateter ucunun uzaktan kumanda ile bir düzlemde şekilde bükülmesi edilebilir. Bir kateter ucunda üç rulo enerji varsa, kateter ucu saptırma üç boyutta elde edilebilir. Böylece, bir kateter manyetik kolaylaştırdı direksiyon prosedürü sürelerini azaltmak ve hasta sonuçlarını geliştirmek endovasküler işlemler vasküler gezinme hızını ve etkinliğini artırmak için bir potansiyele sahiptir. Bir microcoil uçlu endovasküler kateter uygulanan güncel, güvenilir ve kontrollü deflecti üretebilir, bu çalışmada incelenenkateter navigasyon çalışmalarda ön test olarak MR-rehberliği altında ons.

1. Microcoil Fabrikasyon

1. Bir alt-tabaka için bir ticari olarak temin mikrokateter (örn. 2.3F Hızlı Taşıma Cordis Nörovasküler Kateter, Raynham, MA) elde edilir.
2. Kateter boyutu 2,3-3,0 F. hiçbir demir parçaları, MR-güvenli olarak kabul edilir, ve aralık olmasını sağlayın
3. Bir 1 ila 2 mm OD yalıtkan tüp başına bir bakır çekirdek katmanı tarafından izlenen bir titanyum yapışma tabakası Sputter. Olası poliamit malzeme veya alümina (Ortech Gelişmiş Seramik, Sacramento, CA) içerir.
4. Shipley en PEPR-2400 (şu anda adını Intervia 3D-P altında DOW Chemical tarafından satılan) kullanarak bir pozitif foto katmanı Electrodeposit. Düzlemsel-olmayan bir silindirik yüzey üzerinde düzgün bir tabaka halinde Elektrodepozisyonla sonuçlanır.
5. Fotorezist İstenilen rulo şeklinde (Şekil 2A) ve desen benzersiz bir lazer direkt yazma sistemi (lazer torna, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda geliştirilen ticari olmayan bir sistem) tarafından maruz kalmaktadır. Bu modifikasyonlar olduğuTekniğin başlangıçta tion Malba ve diğerleri tanımlanmıştır. ¹⁴
6. 35 ° C'de, potasyum karbonat,% 1 çözelti içinde ışığa maruz geliştirilmesi
7. Bakır istenen bobin oluşturmak üzere geri kalan direnmek maske yoluyla elektrolitik edilir. Sistemi selenoid ve Helmholtz (yarış pisti) bakır desenleri (Şekil 2C ve 2D) hem de imal edebilirsiniz.
8. Bakır elektrodepozisyon sonra, sıcak geliştirici ile karşı kaldırın. Titanyum yapışma tabakası tarafından takip bakır tohum katmanı kaldırın.
9. Tertibatı tamamlamak için shrink wrap kullanarak kateter ucu yalıtkan boru takın. Shrink wrap tüm sarılmış ucu kapladığından emin olunuz. Şekil 2E gösterildiği gibi çok eksenli kateterler monte etmek için birbirinin içine yalıtım tüp yapıları yerleştirin.
10. Konu bakır ucunda bobinler mikrokateter ve lehim lümen yoluyla telleri.
11. 6 ft RJ11 telefon kablosu t değiştirme ve kısaltmakuzunluğu o 3 ft.
12. Mikrokateter geri sonunda göbekten değiştirilmiş 3 ft telefon prizine iletim hattına çıkan bakır teller bağlayın.

2. Su banyosu Kurulumu

1. Altından 5 cm'lik plastik bir havza tarafının ortasında küçük bir delik açın.
2. Delikten bir 9F Avanti Cordis vasküler kılıf (Endovasküler Cordis, Miami, FL) takın.
3. Havzasına uzanan bir 4 cm uzunluğunda parça bırakarak vasküler kılıf distal uç kesin.
4. Kılıfın sonunda, mikrokateter yerini stabilize etmek için bir dönen hemostatik veya Thuoy-Borst valf ekleyin.
5. Damıtık su aletin sağlanması ile tam bir dalma havza doldurun.
6. Vasküler kılıf ve kapaktan sarmal uçlu kateter yerleştirin.
7. Ölçün ve vanasından su banyosunda uzanan mikrokateter ise sınırsız uzunluğu kaydedin.
8. Mikro su banyosunda yerleştirinmıknatısın delik göre MR cihazı ve yönlendirmek için bir mıknatıs, kateterin sistemi.
9. 2-yönlü bir telefon jakı kullanarak bir 25 ft RJ11 telefon kablosu iletim hattına kateter takılı değiştirilmiş 3 metre telefon kablosu bağlayın.
10. Cihaza giden akım 1 A kadar teslim Lambda LPD-422A-FM çift ayarlı güç kaynağı 25 ft Telefon kablosunun diğer ucunu bağlayın.
11. 5 Gauss hat dışında MR cihazı oda dışında bir dalga kılavuzu ve bir güç kaynağı ile iletim hatları yerleştirin.

3. Gemi Phantom Kurulumu

1. Deneme öncesi kauçuk borudan yapılmış bir Y şeklinde bir kavşak ile içi boş bir kap fantom Construct.
2. Fantom gemiler ve arka plan arasındaki kontrast oluşturmak için distile su gadopentetate dimeglumin (GdDTPA) (Magnevist, Bayer Healthcare Pharmaceuticals, Montville, New Jersey) bir 0,0102 M çözelti ile gemi fantom doldurun.
3. MicroC birleştirinatheter sistemi olarak 1.9 adımlarda 1.1 sıraladı. Olarak 2.11 adımlar 2.9 anlatılan güç kaynağı ve konumuna kateter bağlayın.
4. Kabı açıklığına tabanında mikrokateter ucu yerleştirin.
5. Mıknatısın delik göre MR cihazı ve yönlendirmek için bir mıknatıs içinde fantom yerleştirin.

4. Manyetik Rezonans Görüntüleme

1. Bir 1.5T klinik MR sistemi (:; Philips Achieva, GB sürüm 2.1, Cleveland, OH Syngo B13, Erlangen, Almanya Siemens Avanto, SW) ile görüntüleme gerçekleştirin.
2. Kateter ucu pozisyonu görselleştirmek için akım <50 mA uygulayın. MR altında, küçük bir manyetik moment bobinleri enerjilenir olduğuna bağlı şekli değişen farklı bir artifakı görselleştirmek için kateter ucunda üretilecektir.
3. Lambda çift güç kaynağından bobinlere ± 100 mA aralığında akım değişken miktarlarda uygulayın ve su ba ucu sehim (Şekil 3A-3C) gözlemlemekth kurulum. Öneri saptırma neredeyse anlık olduğundan, halen maksimum sehim görselleştirmek için ~ 1-2 saniye için uygulanacak yeterlidir.
4. Tekrarlayın ve akım belirlenen miktarlarda ardışık uygulamaları kaydedebilirsiniz.
5. Eş zamanlı olarak damar fantom (Şekil 4A ve 4B) ile mekanik ilerleme sağlayan elle kateter iterken 4.2 yineleyin. Istenilen damar içine kateter ucu saptırmak için şube noktada akımı uygulayın. Elle kateter ucu (Şekil 4C) iterek şube damar içine kateter ilerletin. Tersi dalında damar bifurkasyon ve tekrarı (Şekil 4D) için kateter geri çekin.
6. 2B anlık-FLASH sekansı (TR = 30 msn, TE = 1.4 ms, 256 x128 matris ve flip açısı ~ 30 °) kullanarak MR görüntüleri elde edin.

5. Sapma Ölçümleri

Sırasında çekilen görüntülerin açısı sapmaları analiz etmek ve ölçmekÇeşitli bilgisayar uygulamaları (Tıp herhangi Sayısal Görüntüleme ve İletişim (DICOM) Görüntüleyici) ile su banyosu deneyleri.

0 ile 90 derece arasında saptırma protokol yukarıda anlatılan düşük bir açı kombine bir solenoid ve Helmholtz bobin mikrokateter sistem (Şekil 2E) her iki rulo ile eşzamanlı olarak gönderilen akım 50-300 mA uygulama dikkat edilmelidir. Pozitif akım ile gözlemlediği gibi mevcut polarite tersine dönmesi tam tersi yönde sapma sonuçlanmalıdır ederken uygulanan akımın artması, mikrokateter sapma açısı bir artışa yol açmalıdır (Şekil 5A-5C). Sapma açısı, ancak, çeşitli parametrelere bağlıdır. Miktarı akım uygulanmış ve solenoid ve Helmholtz kangal kangal sarım sayısı mikrokateter ucunda manyetik kuvvet moment değiştirir. Ayrıca, parçacık ve harici manyetik alanın manyetik an arasında harici manyetik alan ve açı gücü microcathete yaşadığı tork miktarını belirlerr. Son olarak, su banyosu ile uzanan mikrokateter ucu kontrolsüz uzunluğu değiştirilebilir bir faktördür. Bu değişkenlerin herhangi değişiklikler sapma değiştirilmiş açıları üretecek.

MR görüntüleri sapma açılarına doğru ölçülmesi yapıldı ve DICOM görüntüleyici yazılım çeşitli türleri kullanarak mukayese edilebilir. Gelişmiş saptırma da simüle damar fantom aracılığıyla başarılı navigasyon ile test edilebilir.

Şekil 1. Tek-eksenli bobini şematik olarak:. MR tarayıcı manyetik ortam istismar bir sonucu olarak kateter sapma önceden Roberts ve ark 2002 yılında yayınlanan ^13..

Şekil 2A. Lazer Lithogra phy Şeması:. lazer litografi süreci Kur basınında Yayın (Wilson ve ark 2013 ^16.).

Şekil 2B. Lazer Litografi Bobin İmalatı Diyagramı: microcoils lazer torna litografi üretiminde yer alan adımları diyagramı.

2C Şekil. Solenoid Bobini:.. Lazer torna litografi denir taşbaskı tekniği kullanarak Polyimide tüp fabrikasyon 50 tur A microcoil selenoid önce 2011 ¹⁵ Bernhardt ark yayınlanan ve Muller ve ark 2012 ^16, ve basın (Wilson ve ark 2013 ^17.). .

/ Ftp_upload/50299/50299fig2D.jpg "/>
2B Şekil. Eyer Bobin: A Helmholtz ("yarış pisti") lazer torna litografi denilen litografik tekniği ile bir sonda dış duvarı üzerinde imal microcoil önce Bernhardt'in ve diğerleri de yayınlanmıştır.. 2011 ¹⁵ ve Muller ve ark. 2012 ^16, ve basın (Wilson ve ark. 2013 ^17).

Şekil 2E. Kombinasyon Bobin: Bir solenoid bir Helmholtz bobini içeren daha büyük bir tüp içine yerleştirilen bir kateter ucunda fabrikasyon hem rulo eşzamanlı geçerli uygulama üç boyutlu kateter saptırma sağlar.. Basın Yayın (Wilson ve ark. 2013 ^17).

Şekil 3A . Kateter Sehim:. Enerjisiz bobin akımı Blooming dışlayıcı uygulama ile gözlemlenebilir Kateter ucu sapma açıkça görülüyor (ok).

Şekil 3B Su banyosu Anterior-posterior Kateter Sehim:. Akım 50 mA ve 100 mA Uygulama sırasıyla tutarlı 10 ° ve 14,5 ° deplasmanlar sonuçlandı. Anterior düzlemi ve posterior düzlemde saptırma olumsuz geçerli sonuçları olumlu güncel nedenleri bahşiş saptırma. Şekil 3B görüntülemek için buraya tıklayın .

. Su banyosu Şekil 3C Sağ-Sol Kateter Sehim: 50 mA ve akım 100 mA Uygulama sırasıyla tutarlı 11.5 ° ve 17 ° deplasmanlar sonuçlandı. Pozitif Geçerli nedenleri doğru düzlemde saptırma Öneri ve sol düzlemde saptırma negatif akım sonuçlar.e.com/files/ftp_upload/50299/50299fig3C.avi "target =" _blank "> Şekil 3C görüntülemek için buraya tıklayın.

Şekil 4 Kateter Direksiyon ve Takibi:. Bir kap fantom aracılığıyla Kontrollü kateter saptırma ve direksiyon. Mevcut dolaştırılmış sonda ucu üreten görüntüleme çiçeklenme (ok) uygulanır. Kateter mekanik olarak ileri ve geçerli olan (- 45 mA) alt dal kap (C) içine sapma neden uygulanır. Kateter sonra konum (B) ile geri çekilir. Ters akım kutup tarafından (45 mA), kateter bükülmesi ve üst damar dalı (D) doğru ilerlediler.

. Bir Bifurkasyon Phantom Şekil 4B Kateter Sehim: Cari kateter al uygulananfantom sol damar dalı içine alçak başarılı hedefleme ve ilerleme. Kateter sonra dallanma noktasına geri çekilir ve doğru damar dalı içine yönlendirilir. Edilir Şekil 4B görüntülemek için buraya tıklayın .

. Kateter Sapma Şekil 5A-C Geometrik desenler bir su banyosu:. Cari her yöne tek bir düzlem içinde çökme üretmek için uygulanan Şekil 5A görüntülemek için buraya tıklayın , Şekil 5B , Şekil 5C .

Burada bir MR cihazı bir mikrokateter sapması için protokol açıklar. Başarı için anahtar parametrelerin mevcut ve sapma açısı ölçümü doğru uygulaması vardır. Sapma açısı yanlış ölçüm bu protokol karşılaşılan en muhtemel hatadır. Su banyosunda deney süresince MRG'de yakalanan açıları orta mıknatısın delik ile ilgili olarak konumlandırılmış olan göre yönlendirme ufak farklar yüzünden gerçek değerler farklı olabilir. Gelecekte bu sorunu gidermek için, görüntüler iki farklı boyutta konumlandırılmış MR uyumlu fiber optik kameralar tarafından ele geçirilebilir. MR ve kamera görüntüleri hem kullanımı mikrokateter ucu daha doğru, üç boyutlu görünüm sağlayacaktır.

Görüntülerinin görüntü kalitesini gerçekleştirilir altında parametrelerin değiştirilmesi ile geliştirilebilir. Farklı görüntüleme dizisi bir görüntü kalitesinin artması ve netlik olup olmadığını belirlemek için kullanılıyor olabilirdeneyimli. Iletim hatları MR cihazı kontrol odasından dışarı koştu çünkü Ayrıca, mıknatıs oda RF muhafaza bütünlüğü muhtemelen görüntü kalitesini düşürmeden optimal oldu. Bu sorun, bir nüfuz panelinde bulunan bir filtre üzerinden güç hatları yerleştirilmesi ile düzeltilebilir olabilir. Ayrıca, görüntüleme alıcı sarmallar olarak kateter ucu microcoils kullanarak da kateter ucunun hemen bitişiğinde daha yüksek çözünürlükte görüntüler elde etmek için bir potansiyele sahiptir. Görüntüleme bobinleri lazer lathed kateter ucu bobinleri kullanarak olasılığı araştırılmaktadır.

Sadece daha iyi kalitede olmadığı, fakat kesin sapma açısını ölçmek için kullanımı daha kolay görüntülerin üretilmesi de mümkündür. Sapma açısı etkileyen değişkenlerin modifikasyonu, yukarıda da belirtildiği gibi, sapma daha büyük bir ölçüde neden olabilir. Buna ek olarak, artmış bir güç 3T klinik MR cihazı mikrokateter sapma aralığı arttırmak için bir tarayıcı 1.5T yerine kullanılabilir. Bunlardeğişiklikler uygulanan akımın yakın aralıklarla arasında belirgin açı sapması ayrılması üretebilir.

Bu protokol mikrokateter saptırma kontrol yeteneğini test etmek amaçlanmıştır Çünkü, fantom kullanılan gemi basit ve yaklaşık 45 ° 'de bir tek dal noktasını içeriyordu. Şimdi bu yetenek kurulmuş olduğu, mikrokateter sapma daha fazla test daha karmaşık fantom içinde gerçekleştirilebilir. Değişmiş olabilir Tasarım değişkenleri fantom verilen herhangi bir yol içindeki damar çapı, damar dallarının açısı ve sarım sayısını içerir. Gemiler de konik olabilir ve fantom daha yakından insan damar taklit çabası içinde plastik boru dışında farklı bir malzemeden oluşmaktadır. Gelecekteki çalışmalarda, aynı zamanda hayvan deneylerinde ek mikrokateter yetenek geç incelemek için gerçekleştirilebilir.

Bu protokolün bazı sınırlamaları da kullanarak microcoils yapımını ile ilgili mevcutLazer Torna tekniği. Çizgi genişliği lazer nokta boyutu bir fonksiyonudur, kalınlık ve sıklık direnirler. Lazer spot büyüklüğü çap olarak 3-5 mikron arasında bir aralık ile sınırlanmış ve direnmek kalınlığı 25 mikron ile sınırlıdır. Ayrıca, bakır hatların kalınlık çizgi genişliği ve karşı dirençli kalınlığı ile sınırlandırılmıştır. Paralel taraf yok direnmeye açıklıklar veya özellikleri lazer direkt yazma sistemi sonuçları ile ışığa maruz. Delikler, bu nedenle donanımı en küçük boyutunun sınırlı çekirdek tabaka yakın alt kısmında daha dardır. Çizgileri kalın haline Buna ek olarak, onlar bitişik satırlar yakın büyür. Çizgiler çok yakın ise, bakır tohum tabakası ve titanyum yapışma tabakası giderim prosesleri sınır tanımayan muhakeme yeteneğine sahip değildir.

Dr Hetts Stryker Corporation hibe desteği aldı ve İpek Yolu Medical, Inc için ücretli danışman oldu

Pallav Kolli, Fabio Settecase, Matthew Amans ve Pennsylvania Üniversitesi UCSF, Tim Roberts Robert Taylor

Finansman Kaynakları

NIH Ulusal Kalp Akciğer Kan Enstitüsü (NHLBI) Ödülü (M. Wilson): Nöroradyoloji Araştırma ve Eğitim Vakfı Scholar Ödülü 1R01HL076486 Amerikan Derneği (S. Hetts)

Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik NIH Ulusal Enstitüsü (NIBIB) Ödülü (S. Hetts): 1R01EB012031