磁力辅助的远程控制微导管尖端偏转根据磁共振成像
April 4th, 2013
电流施加到血管内的微导管通过激光车床光刻microcoil小费可以实现可控挠度根据磁共振（MR）的指导，这可以改善在各种血管内手术导航中的脉管系统的速度和疗效。
以下实验的总体目标是开发和测试一种控制系统，以改善介入 MRI 中血管内导管的转向。这是通过制造尖端带有微小电磁铁的微导管作为第二步来实现的。微导管连接到定制的控制系统，用于远程控制导航。
接下来，微导管在水浴中可控地偏转，并在模拟患者血管状况的体模中导航。水浴实验的结果表明，根据施加到转向微线圈的电流量和极性，可预测的导管尖端偏转。在血管模型中成功导航证明了导管转向能力。
与传统的 X 射线血管内导管导航相比，MRI 引导导航的主要优势在于 MRI 允许干预者实时获得重要信息，如灌注和弥散信息，从而有助于做出最佳的术中决策。这种方法可以帮助回答介入 MRI 领域的关键问题，例如远程控制导管尖端的能力是否可以提高当前介入 MRI 程序的疗效，该技术的天使之一是进一步发展 M MRI 作为一种治疗方式。潜在应用包括中风肿瘤和心律失常的血管内治疗。
一般来说，刚接触这种方法的人会很挣扎，因为这是一种非常独特的干预指导方法。要开始制造微线圈，请获得用于基材的市售微导管。确保导管没有 Ferris 组件被视为磁共振或 mr.Safe
，尺寸范围为 2.3 至 3.0 French 尺寸。使用溅射设备在聚酰胺或 Illumina 外径为 1 至 2 毫米的绝缘管上涂覆铜种子层。按照文本协议中的说明应用光刻胶并对铜进行图案化，可以制造螺线管和 helm holt 的铜图案。
继续按照文本协议中的组装说明，用收缩包装将绝缘管添加到微导管的尖端并插入铜线。将微线圈线连接到改进的三英尺手机插孔传输线后，微线圈的制造就完成了，用于在水浴中对微线圈进行体外测试。首先，在塑料盆侧面的中心开一个小孔，距离底部约 5 厘米。
将 11 法国 Avanti cordes 血管鞘插入孔中。切开维管鞘的远端，留下一块 4 厘米长的块延伸到盆中。在护套末端，连接一个旋转止血阀或两个 EOR 阀以稳定微导管的位置。
用蒸馏水填充盆中，确保设备完全浸没。将带有卷曲尖端的导管插入血管鞘和瓣膜。测量并记录从瓣膜延伸到水浴槽中的微导管的无拘无束的长度。
将带有微导管系统的水浴放在 MR 扫描仪的磁铁内，并相对于磁铁的孔定向。使用双向电话插孔将连接到导管的修改后的三英尺电话线连接到 25 英尺的 RJ 11 电话线传输线。接下来，将传输线穿过波导。
现在将 25 英尺电话线的另一端连接到双稳压电源，为设备提供高达 1 安培的电流，然后将电源放在 MR 扫描仪外部。在五高斯线之外。使用 1.5 Tesla 临床 MR 系统进行成像。
施加小于 50 毫安的电流，以在 MRI 下观察导管尖端位置。将在导管尖端产生一个小的磁矩，以可视化一个独特的伪影，其形状取决于通电的线圈。从 Lambda 双电源向线圈施加正负 100 毫安范围内的可变电流，并在水浴设置中观察尖端偏转，因为尖端偏转几乎是瞬时的，电流只需要施加大约一到两秒。
为了可视化最大挠度，重复并记录设定量的电流采集 MR 的连续应用。使用 2D 快照闪光序列，可以在文本中找到。作为最后一步，分析和测量使用各种计算机应用程序捕获的图像的角度偏转，以体外测试容器体模结构中的微线圈，这是一种与橡胶管有 Y 形交点的空心容器体模。实验前，用蒸馏水中的 0.0102 摩尔钆造影剂溶液填充血管模型。
为了在体模血管和背景之间产生对比，请组装微导管系统。将导管连接到电源和位置，如视频前面所示。将微导管的尖端放在血管开口的底部。
将模型放在 MR 扫描仪的磁体中，并相对于磁体的孔定向。使用与水浴相同的 MR 程序，除了同时用手推动导管的尖端，从而允许在血管分支点通过血管体模进行机械推进。施加足够的电流，以成功将导管尖端偏转到所需的血管中。
通过手动推动导管末端，将导管尖端推进到该容器中。将导管尖端缩回血管分叉处，并在对面的分支中重复。通过同时向组合螺线管和舵孔线圈微导管系统的线圈施加 50 至 300 毫安的电流，应观察 0 到 90 度之间的偏转角。
在这里应用电流可以观察到导管尖端偏转。通电线圈的开花伪影清晰可见。施加电流的增加应导致微导管偏转角的增加，而电流极性的反转应导致与正电流完全相反的方向的偏转。
该视频显示了 50 毫安和 100 毫安电流的水浴应用中前后导管偏转，分别导致一致的 10 度和 14.5 度偏转。正电流导致前平面尖端偏转，负电流导致后平面偏转。此处显示的是 50 毫安和 100 毫安电流的水浴应用中的左右导管偏转，分别导致一致的 11.5 度和 17 度偏转。
正电流会导致右侧平面的尖端偏转，负电流会导致左侧平面的偏转，如下所示。导管的偏转和转向可以通过血管进行控制。幻象电流施加到盘绕的导管尖端，产生可视化的光晕。
导管在机械上先进，并施加电流以使偏转进入底部血管分支。然后通过反向电流极性缩回导管。导管偏转并推进到顶部血管分支导管偏转中，此处显示了分叉模型中的导管偏转。
施加到导管上的电流可以成功瞄准并推进到体模的左血管分支。然后将导管缩回到分支点并引导至右侧血管分支。按照此程序，可以在 MRI 引导下在更复杂的血管模型中进行导管偏转，以进一步探索导管系统可导航性 开发后。
这项技术为神经介入放射学和介入放射学领域的研究人员探索介入 MRI 作为一种治疗方式铺平了道路。观看此视频后，您应该对这种微线圈尖端导管系统如何产生可预测的导管尖端偏转有很好的了解。不要忘记，使用激光刀片工作可能非常危险，并且应始终佩戴适当的防护设备。
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概述
本研究着重于开发一种控制系统，用于在介入MRI程序中增强血管内导管的操控。通过利用带电磁铁的微导管，研究旨在提高血管环境中的导航效率。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物医学工程
- 介入放射学
背景
- 血管内程序需要精确的导管导航。
- 当前的方法在控制和效率方面可能有限。
- 磁共振引导为改进导航提供了潜在的解决方案。
- 电磁转向可能增强导管的可操控性。
研究目的
- 开发血管内导管转向的控制系统。
- 测试带电磁铁的微导管的有效性。
- 评估在模拟血管条件下的导航能力。
使用的方法
- 制作带有微型电磁铁的微导管。
- 开发用于远程导航的定制控制系统。
- 在水浴中进行测试以评估可控的偏转。
- 在模拟血管的体模中进行导航试验。
主要结果
- 基于电流的可预测导管尖端偏转。
- 在血管体模中成功导航证明了转向能力。
- 结果表明对导管定位的控制得到了改善。
- 磁共振引导增强了程序的效率。
结论
- 开发的系统显示出改进导管导航的潜力。
- 电磁转向可以增强血管内程序。
- 进一步的研究可能优化该技术以供临床使用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Magnetically-assisted remote control of microcatheter tips under MRI guidance addresses key limitations in endovascular navigation, including difficult catheter steering and ionizing radiation exposure. This technology enables real-time visualization and control, supporting improved intraprocedural decision-making in neurointerventional and cardiovascular interventions. By providing predictable, current-dependent tip deflection, the system enhances targeting accuracy in complex vascular anatomies, reducing procedural uncertainty and supporting risk-adjusted advancement in preclinical and translational research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of vascular access hypotheses and pathway clarification through precise, controllable catheter navigation in disease-relevant phantoms.
- Operational Value: Supports functional target validation by allowing reproducible delivery of therapeutic agents to specific vascular territories under MRI guidance.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of validated biological systems for downstream workflows by enabling consistent, quantifiable catheter positioning in vascular phantoms.
- Operational Value: Enhances assay standardization and reproducibility through current-dependent, measurable tip deflections observable under SSFP MRI sequencing.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker alignment by enabling real-time monitoring of perfusion and diffusion during intervention, informing mechanistic de-risking.
- Operational Value: Promotes continuity from discovery through preclinical validation by allowing iterative navigation testing in progressively complex vessel phantoms under MRI guidance.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing in early discovery to lead identification and preclinical validation, supporting iterative refinement of catheter-based interventions under MRI guidance.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling precise, remote-controlled navigation in vascular phantoms to evaluate access routes and off-target effects.
- Screening: Enhances assay readiness through reproducible, quantitative tip deflection measurements based on applied current, enabling reliable compound or device evaluation.
- Analytics: Provides measurable outputs including angle of deflection and directional control, allowing teams to compare navigation efficacy across conditions and current polarities.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by enabling real-time visualization of catheter position and vascular interaction, supporting risk-adjusted advancement decisions.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for testing catheter steerability across multiple vascular disease models, reducing redundant development efforts.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in catheter positioning, reduction of mechanistic ambiguity in vascular access, and enhanced target validation through MRI-guided navigation.
- Operational Value: Standardization of deflection protocols, reproducibility of current-dependent responses, and scalability across phantom models and current ranges.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions in device development, capital efficiency via reduced procedural failure, and decreased late-stage biological risk in vascular targeting.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of catheter-based interventions based on navigability and steering precision under MRI guidance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, electromagnetic coil design, and MRI safety protocols.
- Necessitates access to a 1.5-T or higher clinical MR system with SSFP sequencing capability and RF-shielded transmission lines.
- Demands cross-team standardization between biomedical engineers, radiologists, and interventionalists for consistent current application and deflection measurement.
- Involves adaptation considerations for different catheter sizes, coil geometries, and vascular phantom complexities.
- Includes practical limitations such as current range constraints (+/- 300 mA), deflection angle limits (0-90 degrees), and dependency on MRI visibility of blooming artifacts.
