Summary
레이저 선반 리소그래피에 의한 microcoil 팁과 endovascular microcatheter에 적용 현재는 다양한 endovascular 절차 중 vasculature의 탐색 속도와 효능을 향상시킬 수 있습니다 자기 공명 (MR)지도, 아래 제어 편향를 얻을 수 있습니다.
Abstract
X-레이 fluoroscopy - 가이드 endovascular 절차가 어려운 카테 테르 탐색 및 잠재적 MR지도 아래 자기 (磁 气) steerable 카테터를 사용하여 극복 할 수 이온화 방사선의 사용을 포함하여 몇 가지 중요한 제한이 있습니다.
이 작품의 주요 목표는 누구의 팁 원격 MR 스캐너의 자기장을 사용하여 제어 할 수 있습니다 microcatheter을 개발하는 것입니다. 이 프로토콜은 일관성과 제어 편향를 생성 할 microcoil - 스쳐 microcatheter에 현재 적용하기위한 절차를 설명하는 것을 목표로하고 있습니다.
microcoil는 폴리이 미드 - 스쳐 endovascular 카테터에 레이저 선반 리소그래피를 사용하여 제조되었습니다. 체외 검사에서 정상 상태 무료 전진 (SSFP) 시퀀싱을 사용하여 1.5-T MR 시스템의지도하에 waterbath 및 선박 점선으로 수행되었다. 현재 다양한 금액은 MEA를 생성 할 microcatheter의 코일에 적용되었습니다sureable 팁 편향과 혈관 유령에 이동합니다.
이 장치의 개발은 향후 테스트 및 endovascular interventional MRI 환경을 혁명 기회를위한 플랫폼을 제공합니다.
Introduction
이러한 뇌 동맥류, 허혈성 뇌졸중, 고체 종양, 죽상 경화증 전세계 일년 당 100 만 개 이상의 환자를 대상 심장 arrhythmias과 같은 몇 가지 주요 질병을 치료 vasculature을 통해 카테터 탐색을위한 도구로 interventional 의학 사용 X-레이 안내에서 수행 Endovascular 절차 - 5. 반면 미디어의 사용을 통해 vasculature을 통해 탐색은의 내정 간섭 손 6 카테터 및 기계적 발전의 수동 회전을 통해 달성된다. 그러나 많은 혈관 구부러 주변의 작은 고통스러운 혈관을 통해 탐색은 대상 사이트에 도달하기 전에 시간을 elongating, 점점 더 어려워진다. 여기에는 occluded 혈관에 응고의 제거와 같은 시간에 민감한 절차에 대한 문제를 포즈. 또한, 장시간 절차는 방사선 복용량을 증가시키고 불리한 이벤트 7-11의 가능성을 만들 수 있습니다. 그러나, endovascular 절차 magneti에서 수행C 공명 영상이 해결책을 제공 할 수 있습니다.
MRI 스캐너의 강한 균일 한 자기장은 원격 제어 12,13가 카테 테르 팁 탐색을 위해 악용 할 수 있습니다. 카테 테르 팁에 위치한 microcoil에 적용 현재는 MRI 스캐너 13 일 (그림 1)의 구멍과 정렬로 토크를 발생 작은 자기 모멘트를 유도한다. 전기 전류가 개인 코일이 활성화되어있는 경우, 카테 테르 팁은 원격 제어하여 한면에 편향 될 수 있습니다. 카테 테르 팁 세 코일이 활력 경우, 카테 테르 팁 편향은 3 차원으로 달성 될 수있다. 따라서, 카테 테르의 자기 (磁 气) 촉진 방향타가 절차 시간을 줄이고 환자 결과를 향상시킬 수 endovascular 절차에 혈관 탐색의 속도와 효능을 높일 수있는 가능성이 있습니다. microcoil - 스쳐 endovascular 카테터에 적용 전류 신뢰성과 제어 deflecti를 생성 할 수있는 경우 본 연구에서는, 우리는 검사카테 테르 탐색 연구에 대한 예비 테스트와 같은 MR-지도 아래 기능.
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Protocol
1. Microcoil 제작
- 기판의 상용화 microcatheter (예를 들면 2.3F 쾌속 교통 Cordis Neurovascular 카테터, Raynham, MA) 구합니다.
- 카테터 크기가 2.3-3.0 F.를 더 철 부품, MR-안전한 것으로 간주되며, 범위를가 없습니다 확인
- 1-2밀리미터 OD 절연 튜브 께 구리 시드 층 다음에 티타늄 접착 레이어를 스퍼터. 가능한 자료는 폴리이 미드 또는 알루미나 (Ortech 고급 도자기, 새크라멘토, CA)가 포함되어 있습니다.
- 쉬 플리의 PEPR-2400을 (현재의 이름 Intervia 3D-P에서 DOW 케미칼에서 판매되는)를 사용하여 긍정적 인 포토 레지스트 층을 Electrodeposit. 비평 원통형 표면에 균일 한 코팅에 전착 결과입니다.
- 포토 레지스트는 원하는 코일 형태 (그림 2A)의 패턴에서 독특한 레이저 직접 쓰기 시스템 (레이저 선반, 로렌스 리버모어 국립 연구소에서 개발 비상업적 시스템)에 의해 노출됩니다. 이 modifica입니다기술의 기 원래 Malba 외에 설명되어 있습니다. 14
- 35 ° C.에 탄산 칼륨의 1 % 용액에 노출 된 포토 레지스트를 개발
- 구리는 원하는 코일을 형성 남은 저항 마스크를 통해 전기 도금되어 있습니다. 이 시스템은 솔레노이드와 Helmholtz (경주) 구리 패턴 (그림 2C와 2D)을 모두 조작 할 수 있습니다.
- 구리 전착 후, 따뜻한 개발자와 저항을 제거합니다. 티타늄 접착 층 다음에 구리 시드 층을 제거합니다.
- 조립을 완료 수축 포장을 사용하여 카테터 팁에 절연 튜브를 연결합니다. 정신과 랩이 전체 코일 팁이 포함되어 있는지 확인합니다. 그림 2E과 같이 다중 축 카테터를 조립하려면 서로 내부에 절연 튜브 구조를 배치합니다.
- 나사 구리 끝에서 코일에 microcatheter 및 납땜의 내강을 통해 선.
- 6피트 RJ11 전화 케이블 t을 수정하고 단축길이 O 3피트
- microcatheter의 백 엔드 허브에서 수정 된 3피트 전화 잭 전송 라인에 나오는 구리 전선을 연결합니다.
2. Waterbath 설정
- 아래에서 5cm에 대한 플라스틱 분지의 측면의 중앙에 작은 구멍을 만듭니다.
- 구멍을 통해 9 층 벤티 Cordis 혈관의 피복을 (Endovascular Cordis, 마이애미 호수, FL)를 넣습니다.
- 분지에 확장 4cm 길이 조각을 남겨 혈관 피복의 말초 끝을 자른다.
- 칼집의 끝에서 microcatheter의 위치를 안정화하기 위해 회전 hemostatic 또는 Thuoy-Borst 밸브를 첨부합니다.
- 증류수는 장치의 침수 완전한 보장과 분지를 입력합니다.
- 혈관 칼집과 밸브를 통해 코일 팁과 카테터를 삽입합니다.
- 측정하고의 밸브에서 waterbath까지 연장 microcatheter의 억제 길이를 기록합니다.
- 마이크로으로 waterbath를 배치자석의 구멍에 대해 MR 스캐너와 방향의 자석 내 카테 테르 시스템입니다.
- 2 방법 전화 잭을 사용하여 25피트 RJ11 전화 케이블 전송 라인에 카테터에 부착 수정 3피트 전화 케이블을 연결합니다.
- 장치에 전류의 1 A까지 광고를 게재 할 수있는 람다 LPD-422A-FM 이중 규제 전원 공급 장치에 25 피트 전화 케이블의 다른 쪽 끝을 연결합니다.
- 5 가우스 라인 이외의 MR 스캐너 룸 이외의 도파관과 전원을 통해 전송 라인을 놓으십시오.
3. 선박 환상의 설정
- 실험하기 전에 고무 튜브에서 Y 자형 교차로와 빈 용기 팬텀를 구성합니다.
- 유령 선박과 배경 사이의 대비를 만들 증류수에 gadopentetate dimeglumine (GdDTPA) (Magnevist, 바이엘 헬스 케어 제약, Montville, 뉴저지)의 0.0102 M 솔루션으로 선박 팬텀을 입력합니다.
- microc를 조립atheter 시스템은 1.9 단계 1.1에서 설명. 로 2.11에 단계 2.9에 설명 된 전원 공급 장치와 위치로 카테터를 연결합니다.
- 선박 운영의 기본에 microcatheter의 끝을 배치합니다.
- 자석의 내경에 대하여 MR 스캐너와 방향의 자석 내에서 팬텀를 놓습니다.
4. 자기 공명 영상
- 1.5T 임상 MR 시스템 (:; 필립스 Achieva, SW 릴리스 2.1, 클리블랜드, OH Syngo B13, 에를 랑겐, 독일 지멘스 Avanto, SW)와 이미징을 수행합니다.
- 카테 테르 팁 위치를 시각화하기 위해 현재의 <50mA을 적용합니다. MRI에서 작은 자석 순간 코일이 활력하는에 따라 모양이 변하는의 독특한 유물을 시각화하는 카테 테르 팁에서 생산됩니다.
- 람다 듀얼 전원에서 코일에 ± 100mA의 범위에 현재의 변수 금액을 적용하고 물 바에서 팁 편향을 (그림 3A-3C) 관찰일 설정. 팁 편향이 거의 즉시이기 때문에, 전류는 최대 편향를 시각적으로 ~ 1-2에 초를 적용 만하면됩니다.
- 반복과 현재의 설정 금액의 연속 응용 프로그램을 기록합니다.
- 동시에 혈관 팬텀 (그림 4A 및 4B)를 통해 기계 발전을 허용 손으로 카테터를 밀어 동안 4.2 단계를 반복합니다. 원하는 용기에 카테 테르 팁을 편향하는 분기점에서 현재 적용됩니다. 수동으로 카테 테르 끝 (그림 4C)를 밀어 지점 용기에 카테 테르을 부활 시켰습니다. 반대 지점에있는 선박 분기와 반복 (그림 4D)에 카테터를 철회.
- 2D 스냅 샷 - FLASH 시퀀스 (TR = 30 밀리 초, TE = 1.4 밀리 초, 256 x128의 행렬과 플립 각도 ~ 30 °)를 사용하여 MR 이미지를 취득.
5. 편향 측정
동안 캡처 된 이미지의 각도 편향을 분석하고 측정다양한 컴퓨터 응용 프로그램 (의학의 모든 디지털 이미징 및 통신 (DICOM) 뷰어)와 물 목욕 실험.
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Representative Results
0과 90도 사이의 처짐의 프로토콜 위에서 설명한에서 각도가 결합 된 솔레노이드와 Helmholtz 코일 microcatheter 시스템 (그림 2E)의 두 코일로 동시에 전달 전류의 50~3백mA의 응용 프로그램에서 관찰해야합니다. 양의 전류를 관찰 현재의 극성에 반전은 정반대 방향으로 편향가 될 동안 적용 전류의 증가는, microcatheter 편향 각도의 증가가 발생합니다 (그림 5A-5C). 편향의 각도는하지만, 여러 매개 변수에 따라 달라집니다. 의 금액은 현재 적용하고 솔레노이드와 Helmholtz 코일의 코일 회전 수는 microcatheter 팁에서 자기 순간의 강도를 변경. 또한, 입자 및 외부 자기장의 자기 모멘트 사이의 외부 자기장과 각도의 힘은 microcathete에 의해 경험 토크의 양을 결정합니다연구. 마지막으로, waterbath에 연장 microcatheter 팁의 억제 길이는 변경 될 수 있습니다 또 다른 요소입니다. 이 변수의 변경 사항은 편향의 수정 각도를 생산합니다.
MR 이미지의 편향 각도의 정확한 측정이 수행하고 DICOM 뷰어 소프트웨어의 다양한 종류를 사용하여 비교할 수 있습니다. 고급 편향도 시뮬레이션 선박 팬텀을 통해 성공적으로 탐색하여 테스트 할 수 있습니다.
1 그림. 단일 축 코일 도식 :. MR 스캐너의 자기 환경 착취의 결과로 카테 테르 편향은 이전 로버츠 외에 출판 2002 13..
그림 2A. 레이저 Lithogra PHY 다이어그램 :. 레이저 리소그래피 공정의 설치 언론 출판물 (윌슨 외 2013 16.).
그림 2B. 레이저 리소그래피 코일 제조 다이어그램 : microcoils의 레이저 선반 리소그래피 제조하는 단계의 다이어그램.
2C 그림. 솔레노이드 코일 :.. 레이저 선반 리소그래피라는 리소그래피 기술을 사용하여 폴리이 미드 관에 가공 50 회전의 microcoil 솔레노이드는 지난 2011 15 Bernhardt 외에 출판 및 기계 외 2012 16, 그리고 언론 (윌슨 외 2013 17.). .
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2D 그림. 새들 코일 : A Helmholtz는 ( "경마장") 레이저 선반 리소그래피라는 리소그래피 기술을 카테 테르의 바깥 벽에 가공 microcoil 이전 Bernhardt 외에 출판.. 2011 15 뮐러 외. 2,012 16, 그리고 언론 (윌슨 외. 2,013 17).
그림 2E. 조합 코일 : A 솔레노이드 코일 Helmholtz 코일을 포함하는 더 큰 튜브에 배치 카테 테르 팁을 가공 두 코일에 동시 현재 응용 프로그램이 세 차원에서 카테 테르 편향 수 있습니다.. 언론 출판 (윌슨 외. 2,013 17).
그림 3A . 카테 테르 편향 :. 활력 코일에서 전류 피는 아티팩트의 응용 프로그램과 함께 관찰 카테 테르 팁 편향 명확하게 표시 (화살표).
그림 3B Waterbath의 앞 - 뒤 카테 테르 편향 :. 현재의 50 mA 및 100mA의 적용은 각각 일관성 10 °와 14.5 °의 편향하게되었습니다. 앞 비행기, 그리고 뒤쪽 평면에 편향에 부정적인 현재의 결과에 긍정적 인 현재의 원인 팁 편향이 있습니다. 그림 3B을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
. Waterbath의 그림 3C 오른쪽에서 왼쪽으로 카테 테르 편향 : 50 mA 및 전류의 100mA의 응용은 각각 일관성 11.5 °와 17 °의 편향하게되었습니다. 양의 전류 원인은 바로 비행기에 편향 팁, 왼쪽 평면에 편향의 음의 전류가 발생합니다.e.com/files/ftp_upload/50299/50299fig3C.avi "대상 ="_blank "> 그림 3C를 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 카테 테르 운영 및 추적 :. 선박 팬텀을 통해 제어 카테터의 편향 및 조향. 현재는 코일 카테터 팁 생산 시각화 꽃 (화살표)에 적용됩니다. 카테터는 기계적으로 고급하고 현재의 (- 45mA)은 아래 혈관 지점 (C)으로 편향을 야기에 적용됩니다. 카테 테르는 다음 위치 (B)로 후퇴하고 있습니다. 반대로 현재의 극성에 의해 (45mA), 카테터가 편향되어 있으며 상단 혈관 지점 (D)에 올랐다.
. 분기 점선으로 그림 4B 카테 테르 편향 : 현재는 카테 테르 알에 적용유령의 왼쪽 혈관 지점에 낮은 성공적으로 타겟팅 및 발전. 카테 테르는 다음 분기 지점으로 후퇴하고 오른쪽 선박 지점으로 이동. 것은 그림 4B를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
.의 카테 테르 편향의 그림 5A-C 기하학적 패턴 Waterbath :. 현재는 모든 방향에서 하나의 비행기 내에서 편향을 만들어 적용 도 5A 보려면 여기를 클릭하십시오 , 그림 5B , 5C 그림을 .
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Discussion
여기 MR 스캐너에서 microcatheter의 편향에 대한 프로토콜을 설명합니다. 성공을위한 주요 매개 변수는 현재와 편향 각도의 측정의 정확한 응용 프로그램입니다. 편향 각도의 부정확 한 측정이 프로토콜에 발생한 가장 가능성이 오류가 발생합니다. waterbath 실험 기간 동안 MR 이미지를 캡처 각도 매체는 자석의 내경과 관련하여 위치하는이 방향으로 약간의 차이로 인해 실제 값과 다를 수 있습니다. 앞으로이 문제를 해결하려면, 이미지는 두 개의 서로 다른 차원에 위치 MR-호환 광섬유 카메라로 캡처 할 수 있습니다. MR 및 카메라 이미지 모두를 사용 microcatheter 팁의보다 정확한 3 차원보기를 제공합니다.
이미지의 품질은 영상이 수행되는 아래의 매개 변수를 변경하여 개선 할 수 있습니다. 다른 이미지 시퀀스는 이미지 품질 증가하고 명확성이 있는지 확인하는 데 사용할 수 있습니다경험했다. 전송 라인 MR 스캐너 제어 방에서 달려 있기 때문에 또한, 자석 객실의 RF 인클로저의 무결성이 가능한 이미지 품질을 감소 하위 최적이었다. 이 문제는 침투 패널에서 필터를 통해 전원 선을 배치하여 ameliorated 될 수 있습니다. 또한, 영상 수신기 코일로 카테 테르 팁 microcoils를 사용하면 카테 테르 팁에 바로 인접 해 높은 해상도의 이미지를 제공 할 수있는 잠재력을 보유하고 있습니다. 영상 코일로 레이저 lathed 카테 테르 팁 코일을 사용의 가능성이 모색되고있다.
더 나은 품질은 아니지만, 정확한 각도 편향을 측정하기 위해 사용하기 쉬운 이미지의 제작도 가능합니다. 각도 편향에 영향을 미칠 변수의 변경은 위에서 언급 한 바와 같이, 편향의 큰 학위 될 수 있습니다. 또한, 증가 힘의 3T 임상 MR 스캐너는 microcatheter 편향의 범위를 증가시키기 위해 1.5T 스캐너 대신 사용할 수 있습니다. 이들변경 사항은 적용 전류의 가까운 간격 사이에 서로 다른 각도 편향의 분리를 생성 할 수 있습니다.
이 프로토콜은 microcatheter 편향을 제어 할 수있는 능력을 테스트 할 목적으로하기 때문에, 팬텀에 사용 된 용기는 간단했다 약 45 °에서 하나의 분기점이 포함되어 있습니다. 이제이 기능이 설정되어 있는지, microcatheter 편향의 추가 검사를 더 복잡 유령으로 수행 할 수 있습니다. 변경 될 수 있습니다 디자인 변수는 유령의 특정 경로 내의 혈관 직경, 선박 가지의 각도와 회전 수를 포함합니다. 선박은 테이퍼 될 수 있으며 유령은보다 밀접하게 인간의 vasculature을 모방하기위한 노력의 플라스틱 튜브 이외의 다른 물질로 구성. 향후 연구에서 동물 실험도 추가 microcatheter 탐색 능력을 검토하기 위해 수행 할 수 있습니다.
이 프로토콜의 여러 한계도 사용 microcoils의 제조와 관련하여 존재레이저 선반 기술. 선 폭은 레이저 스폿 크기의 함수이며, 두께, 피치를 저항. 레이저 스폿 크기는 직경 3-5 마이크론의 범위로 제한되며, 저항 두께는 25 미크론으로 제한됩니다. 또한, 구리 라인의 두께는 선 폭과 저항 두께에 의해 제한됩니다. 병렬 측면을 가지고 있지 않다는 저항의 구멍 또는 기능의 레이저 직접 작성 시스템 결과와 포토 레지스트 노출. 구멍 따라서 기능의 최소 크기를 제한 시드 층 근처의 맨 아래에있는 좁은 수 있습니다. 라인이 두꺼운 될 때 또한, 그들은 옆 라인에 가까운 성장합니다. 라인이 너무 가까이 있다면, 구리 시드 층과 티타늄 접착 레이어 제거 프로세스는 자유로운 진행이 가능하지 않습니다.
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Disclosures
박사 Hetts는 스트라이커 Corporation의 지원을 부여받은 실크로드 의료 주식회사의 유료 컨설턴트했습니다
Acknowledgments
Pallav Kolli, 파비오 Settecase, 매튜 Amans, 그리고 펜실베니아 대학에서 UCSF, 팀 로버츠의 로버트 테일러
자금 소스
NIH 국립 심장 폐 혈액 연구소 (NHLBI) 상 (M. 윌슨) : Neuroradiology 연구 및 교육 재단 학술 상 1R01HL076486 미국 협회 (S. Hetts)
생명 이미징 및 생물 공학의 NIH 국립 연구소 (NIBIB) 상 (S. Hetts) : 1R01EB012031
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 |
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