הסטת Assisted-מגנטי מרחוק מבוקרת Microcatheter עצה תחת הדמיית תהודה מגנטית

Summary

נוכחי יחול על microcatheter endovascular עם טיפ microcoil נעשה על ידי יתוגרפיה מחרטת הליזר יכול להשיג שליטת deflections תחת תהודה מגנטית הדרכה (MR), אשר עשוי לשפר את המהירות ויעילות של ניווט של מערכת כלי דם במהלך הליכי endovascular שונים.

Abstract

נהלי רנטגן fluoroscopy המודרך endovascular יש כמה מגבלות משמעותיות, כולל ניווט קשה קטטר ושימוש בקרינה מייננת, אשר באופן פוטנציאלי ניתן להתגבר באמצעות קטטר מגנטי ניתן להיגוי תחת הדרכת MR.

המטרה העיקרית של עבודה זו היא לפתח microcatheter הטיפ שניתן לשליטה מרחוק באמצעות השדה המגנטי של סורק MRI. פרוטוקול זה נועד לתאר את הנהלים להגשת בקשה הנוכחית לmicrocatheter microcoil שקצו כדי לייצר deflections העקבי ושליטה.

Microcoil היה מפוברק באמצעות ליתוגרפיה מחרטת הליזר על גבי קטטר endovascular polyimide שקצו. בבדיקת המבחנה בוצעה בwaterbath ופנטום כלי תחת הדרכתו של מערכת 1.5-T MR שימוש חופשי נקיפת מצב יציב (SSFP) רצף. כמויות שונות של נוכחי יושמו את סלילי microcatheter לייצר meadeflections sureable הקצה ולנווט ברוחות רפאים של כלי דם.

הפיתוח של המכשיר הזה מספק פלטפורמה לבדיקה והזדמנות לחולל מהפכה בסביבת ה-MRI התערבותית endovascular עתיד.

Introduction

נהלי endovascular בוצעו בהדרכת שימוש רפואה התערבותית רנטגן ככלי לניווט צנתר דרך כלי דם לטיפול בכמה מחלות עיקריות, כגון מפרצה במוח, שבץ איסכמי, גידולים מוצקים, טרשת עורקים והפרעות קצב לב מיקוד יותר ממיליון חולים בשנה ¹ בעולם ^{- 5.} עם השימוש בחומר ניגוד, ניווט באמצעות מערכת כלי דם מושגת באמצעות סיבוב ידני של קטטר והמכאני הקידום בעבודת היד של מתערב ^6. עם זאת, ניווט דרך כלי דם מפותלים קטנים סביב עיקולי כלי דם רבים הופך קשה יותר ויותר, האריך את הזמן לפני שהגיע לאתר היעד. זה מהווה בעיה להליכים תלויים זמן כגון הסרת קריש בכלי דם occluded. בנוסף, הליכים ממושכים להגדיל את מינון הקרינה וליצור פוטנציאל לתופעות לוואי ^7-11. עם זאת, נהלי endovascular מתבצעים תחת Magnetiג תהודה עשויה לספק פתרון.

השדה המגנטי החזק הומוגנית של סורק MRI יכול להיות מנוצל לניווט קצה צנתר על ידי שלט רחוק ^12,13. הנוכחי יחול על microcoil ממוקם בקצה צנתר גורם למומנט מגנטי קטן, שחווה מומנט כפי שהוא מתיישר עם הקדח של סורק ה-MRI ¹³ (איור 1). אם זרם חשמלי מופעל בסליל יחיד, קצה הצנתר ניתן מוסח במישור אחד על ידי שלט רחוק. אם שלושה סלילים בקצה צנתר הם אנרגיה, סטיית קצה צנתר ניתן להשיג בשלושה ממדים. לפיכך, היגוי הקל המגנטי של צנתר יש פוטנציאל להגדיל את המהירות ויעילות של כלי דם ניווט בהליכי endovascular, אשר יכול להפחית פעמי הליך ולשפר את תוצאות מטופל. במחקר זה, בדק אם נוכחי יחול על קטטר endovascular microcoil שקצו יכול לייצר אמין והמבוקר deflectiתוספות תחת MR-הדרכה כבדיקה ראשונית של מחקרי ניווט קטטר.

Protocol

1. Microcoil ייצור

1. השג microcatheter זמין מסחרי (צנתר למשל 2.3F Rapid Transit Cordis Neurovascular, Raynham, MA) למצע.
2. ודא צנתרים אין רכיבי ברזליות, נחשבים MR-בטוח, שונה בגודל 2.3-3.0 פ
3. גמגום בשכבת הדבקת טיטניום אחרי שכבת זרע נחושת אל 1-2 מ"מ צינור בידוד יתר. חומרים אפשריים כוללים polyimide או אלומינה (מתקדמת קרמיקת Ortech, סקרמנטו, קליפורניה).
4. Electrodeposit שכבת photoresist חיובית באמצעות יפלי של PEPR-2400 (כיום נמכרים על ידי דאו כימיקלים תחת שם Intervia 3D-P). תוצאות Electrodeposition בציפוי אחיד על פני השטח הגליליים אינם מישוריים.
5. Photoresist חשוף על ידי מערכת ייחודית ליזר ישיר לכתוב (ליזר מחרטה, מערכת לא מסחרית שפותחה במעבדה הלאומית לורנס ליברמור) בדפוס צורת הסליל הרצוי (איור 2 א). זה modification של הטכניקה שתואר במקור ב- MALBA אח' ^14.
6. לפתח photoresist נחשף בפתרון 1% אשלגן פחם ב 35 ° C.
7. נחושת electroplated דרך המסכה שנותרה להתנגד ליצירת סליל הרצוי. המערכת יכולה לפברק הן סולנואיד ו( מסלול מירוצים) דפוסי נחושת הלמהולץ (איורים ו2C 2D).
8. לאחר electrodeposition נחושת, להסיר את ההתנגדות עם מפתח חם. הסר את שכבת זרע הנחושת, ואחריו שכבת הדבקת טיטניום.
9. צרף צינור הבידוד לקצה הצנתר באמצעות עטיפה כדי להשלים את ההרכבה. ודא שהעטיפה מכסה את הקצה המלופף כולו. כדי להרכיב צנתרים רבי ציר למקם מבני צינור בידוד בתוך אחד את השני כפי שמוצג באיור 2E.
10. חוטי נחושת אשכול באמצעות לומן של microcatheter וההלחמה לסלילים בקצה.
11. לשנות ולקצר 6 מטר RJ11 כבל טלפון t3 רגל o באורך.
12. חבור את חוטי נחושת הנובעים מרכזת הקצה האחורית של microcatheter לקו השונה 3 הרגל לשקע טלפון השידור.

2. התקנת Waterbath

1. עושה חור קטן במרכזו של הצד של קערת פלסטיק על 5 סנטימטר מתחתית.
2. הכנס נדן 9F אוואנטי Cordis כלי דם (Cordis Endovascular, מיאמי אגמים, פלורידה) דרך החור.
3. חותך את הקצה הדיסטלי של נדן כלי הדם עוזב 4 סנטימטר פיסה ארוכה המשתרעת באגן.
4. בסופו של הנדן, לצרף סתום דמום או Thuoy-Borst מסתובב לייצב את המיקום של microcatheter.
5. מלא את הכיור במים מזוקקים הבטחה מלא שקיעתו של המנגנון.
6. הכנס את הקטטר עם טיפ מפותל דרך המעטה וסתום כלי הדם.
7. למדוד ולתעד את האורך בלתי המרוסן של microcatheter משתרע מהשסתום בwaterbath.
8. הנח waterbath עם מייקרומערכת צנתר בתוך המגנט של MR הסורק ולהתמצא ביחס לשעמם של המגנט.
9. חבר את כבל הטלפון השונה 3 רגל המחובר לקטטר לקו 25 רגל RJ11 טלפון באמצעות כבל הילוכים 2-way לשקע טלפון.
10. חבר את הקצה השני של כבל טלפון הרגל 25 עד אספקה ​​למבדה LPD-422-FM כפולה מוסדרת יכולת לספק עד 1 של נוכחי למכשיר.
11. מניח את קווי ההולכה דרך מוליך גל ומקור הכח מחוץ לחדר סורק MR מחוץ לשורת 5 גאוס.

3. התקנת פנטום כלי

1. לבנות פנטום כלי חלול עם צומת בצורת אות V מצינור גומי לפני הניסויים.
2. מלא פנטום הכלי עם פתרון של 0.0102 M gadopentetate dimeglumine (GdDTPA) (Magnevist, באייר בריאות תרופות, Montville, ניו ג'רזי) במים מזוקקים כדי ליצור ניגוד בין הכלים ואת רקע הפנטום.
3. להרכיב microcמערכת atheter כפי שמתוארת בצעדים 1.1 דרך 1.9. חבר קטטר לאספקת החשמל והעמדה כמתואר בשלבים 2.9-2.11.
4. מקם את קצה microcatheter בבסיס פתיחת כלי הדם.
5. הנח את הפנטום בתוך המגנט של MR הסורק ולהתמצא ביחס לשעמם של המגנט.

4. הדמיית תהודה מגנטית

1. ביצוע הדמיה עם קלינית MR מערכת 1.5T (סימנס Avanto, SW: syngo B13, Erlangen, גרמניה; פיליפס Achieva, SW 2.1 שחרור, קליבלנד, אוהיו).
2. החל <50 mA נוכחי כדי להמחיש את עמדת קצה הצנתר. תחת MRI, מומנט מגנטי קטן יהיה מיוצר בקצה הצנתר לדמיין חפץ מובחן של צורות שונות בהתאם לסלילים הם אנרגיה.
3. החל כמויות משתנות של נוכחי בטווח של ± 100 mA ממקור הכח הכפול מבדה לסלילים ולבחון סטיית קצה (איורי 3A-3C) במים baה התקנה. בגלל סטיית קצה היא כמעט מיידית, נוכחי צריכים להיות מיושם רק שניות ל~ 1-2 לדמיין סטייה מרבית.
4. חזור ולהקליט יישומים רצופים של כמויות שנקבעו של נוכחי.
5. חזור על השלב 4.2 ובמקביל דוחף את הקטטר ביד ומאפשרת קידום מכאני באמצעות כלי הפנטום (איורים 4 א ו -4 ב). החל נוכחי בנקודת הסניף כדי להסיט את קצה הצנתר לתוך הכלי הרצוי. קידום הצנתר לתוך כלי קיבול הסניף על ידי דחיפת קצה הצנתר (האיור 4C) באופן ידני. לחזור בו קטטר להסתעפות כלי הדם והחוזר בסניף ההפוך (האיור 4D).
6. לרכוש תמונות MR באמצעות רצף תמונה-2D פלאש (TR = 30 אלפיות שניות, TE = 1.4 אלפיות שניים, מטריצה ​​של 256 X128 וזווית להעיף ~ 30 מעלות).

5. מדידות הסטה

לנתח ולמדוד deflections זווית של תמונות שנתפסו במהלךניסויי אמבט מים עם יישומי מחשב שונים (כל הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM) Viewer).

Representative Results

מהפרוטוקול שתואר לעיל, זווית סטייה בין 0 ל 90 מעלות צריכה להיות שנצפתה מיישום של 50-300 mA זרם מועבר בו זמנית לשני הסלילים של מערכת microcatheter סליל הלמהולץ (2E איור) סולנואיד ומשולב. עלייה נוכחית מיושם צריכה לגרום לעלייה בזווית הטית microcatheter, תוך היפוך בקוטביות נוכחית צריך לגרום לסטייה בכיוון ההפוך בדיוק כפי שנצפה עם זרם חיובי (תרשימי 5A-5C). זווית סטייה, לעומת זאת, תלוי במספר פרמטרים. הכמות להחיל נוכחית ומספר סיבובי סליל בסלילים הלמהולץ סולנואיד ומשנה את עוצמתו של המומנט המגנטי בקצה microcatheter. בנוסף, הכח של השדה המגנטי החיצוניים וזווית בין המומנט המגנטי של החלקיק והשדה המגנטי החיצוני מכתיב את כמות המומנט שחוותה microcatheter. לבסוף, אורך בלתי המרוסן של קצה microcatheter הארכה בwaterbath היא גורם נוסף שעשויים להשתנות. שינויים בכל אחד מהמשתנים הללו יהיו לייצר זוויות שונות של סטייה.

מדידה מדויקת של זוויות סטייה מתמונות MR ניתן לבצע השוואה ושימוש בסוגים שונים של תוכנות צופת DICOM. סטייה מתקדמת ניתן גם לבדוק על ידי ניווט מוצלח באמצעות ספינת רפאים מדומים.

איור 1. סכמטי חד ציר קויל:. סטיית צנתר כתוצאה מניצול של הסביבה המגנטית של סורק MR פורסם בעבר ברוברטס et al 2002 ^13..

איור 2 א. הליזר Lithogra תרשים PHY:. הגדרה של תהליך ליתוגרפיה ליזר פרסום בעיתונות (וילסון et al 2013 ^16.).

2B איור. תרשים ייצור קויל יתוגרפיה ליזר: תרשים של השלבים הכרוכים בייצור יתוגרפיה מחרטת הליזר של microcoils.

איור 2 ג. קויל סולנואיד:. סולנואיד microcoil של 50 סיבובים המפוברקים על צינור polyimide באמצעות טכניקה הנקראת ליתוגרפיה יתוגרפיות מחרטת הליזר שפורסם בעבר ברנאר ואח' 2011 ¹⁵ ומולר ואח' 2012 ^16, ובעיתונות (וילסון et al 2013 ^17.).. .

/ Ftp_upload/50299/50299fig2D.jpg "/>
איור 2D. קויל אוכף: הלמהולץ ("מסלול מירוצים") microcoil מפוברק על הקיר החיצוני של צנתר עם ​​טכניקת יתוגרפיות נקראת ליתוגרפיה מחרטת הליזר שפורסם בעבר ברנאר et al.. 2011 ¹⁵ ומולר ואח'. 2012 ^16, ובעיתונות (וילסון et al. 2013 ^17).

2E איור. קויל שילוב: סליל סולנואיד מפוברק על קצה צנתר ממוקם בתוך צינור גדול המכיל סליל הלמהולץ יישום נוכחי במקביל לשני הסלילים מאפשר סטיית קטטר בשלושה ממדים.. הפרסום בעיתונות (וילסון et al. 2013 ^17).

האיור 3A . הסטת צנתר:. סטיית קצה צנתר נצפית עם יישום של חפץ פריחה נוכחי מהסליל האנרגטי נראית בבירור (חץ).

3B מחשב את זווית סטיית Anterior-אחורית צנתר בWaterbath:. יישום של mA mA 50 ו 100 של זרם הביא 10 ° העקבי ו14.5 ° רסיסי בהתאמה. סטייה חיובית נוכחית סיבות קצה במישור הקדמי, והתוצאות נוכחיות שליליות בסטייה במישור האחורי. לחץ כאן לצפייה בתרשים 3B.

איור 3C סטייה מימין לשמאל בצנתר Waterbath:. יישום של mA 50 ו 100 אמפר של זרם הביאה 11.5 ° עקביים ו17 ° רסיסי בהתאמה. גורמים חיוביים נוכחיים להטות סטייה במישור ימין, ותוצאות נוכחיות שליליות בסטייה במישור השמאל."Target =" _blank e.com/files/ftp_upload/50299/50299fig3C.avi "> לחץ כאן לצפייה בתרשים 3 ג.

איור 4 היגוי צנתר ומעקב:. סטייה מבוקרת קטטר והיגוי באמצעות פנטום כלי. זרם מופעל לקצה צנתר המפותל הפקת הדמיה הפורחת (חץ). קטטר הוא מכאני מתקדם ונוכחי (- 45 אמפר) מוחל לגרום לסטיית סניף הכלי התחתון (C). לאחר מכן חזר בו הצנתר לעמדה (ב '). על ידי קוטביות הפוכה נוכחית (45 אמפר), קטטר מוסט והתקדם לתוך סניף הכלי העליון (ד ').

איור 4B הסטת צנתר בפנטום התפצלות:. נוכחי תחול על קטטר אלשפל מיקוד מוצלח וקידום לסניף הכלי השמאלי של הפנטום. לאחר מכן חזר בו הצנתר עד לנקודת ההסתעפות ומכוון לסניף הכלי הנכון. לחץ כאן לצפייה בתרשים 4 ב.

איור. 5A-C דגמים גיאומטריים של הסטת צנתר בWaterbath:. נוכחי מיושם לייצר deflections בתוך מטוס אחד בכל הכיוונים לחצו כאן לצפייה בתרשים 5 א, 5 ב איור, איור 5 ג.

Discussion

כאן אנו מתארים את הפרוטוקול לסטייה של microcatheter בסורק MRI. הפרמטרים המרכזיים להצלחה הם יישום מדויק של זרם ומדידה של זווית הטיה. מדידה מדויקת של זווית סטייה היא השגיאה הסבירה ביותר נתקלה בפרוטוקול זה. הזוויות שנתפסו בתמונות MR במהלך ניסוי waterbath עשויות להיות שונות מערכים בפועל עקב הבדלים קלים בכיוון שבו המדיום הוא ממוצבת ביחס לשעמם של המגנט. כדי לטפל בבעיה זו בעתיד, תמונות יכולות להיות שנתפסו על ידי מצלמות סיבים אופטיות MR-תואמות שהוצבו בשני ממדים שונים. שימוש בשתי תמונות MR ומצלמה יספק תצוגה מדויקת יותר, תלת ממדים של קצה microcatheter.

איכות תמונות ניתן לשפר על ידי שינוי הפרמטרים לפיהם הדמיה שבוצעה. רצף הדמיה שונה ניתן להשתמש כדי לקבוע אם עלייה באיכות תמונה ובהירות היאחווה. יתר על כן, בגלל קווי ההולכה ברחו מחדר בקרת סורק MR, היושרה של מתחם RF של חדר המגנט הייתה תת אופטימלית אולי לפגוע באיכות תמונה. בעיה זו יכולה להשתפר על ידי צבת קווי החשמל דרך פילטר בפנל חדירה. בנוסף, שימוש בmicrocoils קצה הצנתר כסלילי מקלט הדמיה מחזיק גם הפוטנציאל לספק תמונות ברזולוציה גבוהה באופן מיידי סמוכות לקצה הצנתר. האפשרות של שימוש בסלילי קצה צנתר lathed ליזר כסלילי הדמיה שהם חוקרים.

הפקה של תמונות באיכות שאינן רק טובה יותר, אבל קל יותר לשימוש למדידת סטיית זווית מדויקת היא גם אפשרית. שינוי של משתנים המשפיעים על סטיית זווית, כאמור לעיל, עלול לגרום למידה גדולה יותר של סטייה. בנוסף, סורק MR קליני 3T כוח מוגבר עשוי לשמש כתחליף לסורק 1.5T להגדלת טווח סטיית microcatheter. אלהשינויים יכולים לייצר הפרדה ברורה בין סטיית זווית מרווחים הקרובים של נוכחי יושם.

מכיוון שפרוטוקול זה נועד לבחון את היכולת לשלוט בסטיית microcatheter, ספינת הרפאים השתמשו הייתה פשוטה והכילה נקודת ענף אחד בכ 45 °. עכשיו שיכולת זו הוא הקים, בדיקה נוספת של סטיית microcatheter עשויה להתבצע ברוחות רפאים יותר מורכבות. משתני עיצוב שעשוי להשתנות כוללים קוטר כלי, את הזווית של סניפי כלי, ומספר הסיבובים בתוך כל נתיב נתון של הפנטום. הכולים עשויים גם להיות מופחתים בהדרגה והפנטום מורכב מחומר שונה אחר מאשר צינורות פלסטיק במאמץ באופן הדוק יותר לחקות כלי דם אנושיים. במחקרים עתידיים, ניסויים בבעלי חיים יכולים גם להתבצע כדי לבדוק את יכולת ניווט microcatheter נוסף.

מספר מגבלות של פרוטוקול זה קיימות גם בכל קשורות לייצור של microcoils באמצעותטכניקת ליזר המחרטה. רוחב קו הוא פונקציה של גודל כתם ליזר, להתנגד עובי, ומגרש. גודל נקודת ליזר מוגבל לטווח של שלוש עד חמישה מיקרון בקוטר והעובי להתנגד מוגבל ל 25 מיקרון. יתר על כן, בעובי של קווי הנחושת מוגבל על ידי קו הרוחב והעובי להתנגד. חשיפת photoresist עם ישיר לכתוב את תוצאות מערכת הליזר בפתחים או תכונות בלהתנגד שאין לי צלעות מקבילות. הפתחים צרים יותר בחלק התחתון ליד שכבת הזרע ובכך להגביל את הגודל המינימאלי של התכונות. בנוסף, כקווים הופכים עבים יותר, הם מתקרבים זה לקווים סמוכים. אם קווים הם קרובים מדי, שכבת זרע הנחושת ותהליכי הסרת שכבת הדבקת טיטניום אינם מסוגלים שימשיך חסר עכבות.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
GdDTPA Contrast Media (Magnevist)	Bayer HealthCare Pharmaceuticals Inc.	1240340	McKesson Material Number
Positive Photoresist	Shipley	N/A	PEPR-2400, Replacement: Dow Chemicals Intervia 3D-P
Copper Sulfate	ScienceLab	SLC3778	Crystal form
Sulfuric Acid	ScienceLab	SLS1573	50% w/w solution
Parrafin Wax	Carolina	879190
Potassium Carbonate	Acros Organics	424081000