Remote-Magnetic Navigation für präzise, Echtzeit-Positionierung und Katheter Ablation in Cardiac Elektrophysiologie Procedures
21. April 2013
Dieser Bericht liefert eine detaillierte Beschreibung einer neuen Fernbedienung Navigationssystem auf magnetischen Kräften angetrieben, das erst kürzlich als neues Werkzeug für die menschliche Roboter kardiale Elektrophysiologie Verfahren eingeführt wurde.
Dieses Protokoll nutzt ein neues, auf magnetischen Antriebskräften basierendes System zur Fernsteuerung, das kürzlich als neues robotisches Werkzeug für elektrophysiologische Eingriffe am menschlichen Herzen eingeführt wurde. Zunächst wird der Patient auf dem Operationstisch positioniert, wobei das medizinische Personal den rechten und linken BA-Femoraliszugang erhält und die Katheter manuell in die Herzvorhöfe eingebracht werden. Ein System, das aus acht Spulenkern-Elektromagneten besteht, erzeugt ein dynamisches Magnetfeld, das die Fernsteuerung sehr flexibler magnetisierter Katheter durch schnelle Änderungen der Magnetfeldstärke ermöglicht.
Ein magnetisierter Katheter wird zur 3D-geometrischen Rekonstruktion mithilfe eines elektroanatomischen Mapping-Systems in die Herzkammern eingeführt. Anschließend wird der Arrhythmiekreislauf mittels Fernnavigierung und elektrophysiologischer Manöver wie Entrainment-Mapping charakterisiert. Schließlich zeigen die Ergebnisse eine erfolgreiche Fernabgabe von Radiofrequenzenergie an der Zielstelle, die während des Mapping-Schritts lokalisiert wurde.
Neue Systeme zur Fernsteuerung wurden entwickelt, um die Navigation zu erleichtern und die Stabilität zu erhöhen, während der Bediener sich entfernt vom Patiententisch befindet. Die erste Generation dieser Systeme weist jedoch mehrere Einschränkungen auf. Ein kürzlich entwickeltes Katheter-Navigationssystem nutzt acht Elektromagnete, die um den Rumpf des Patienten angeordnet sind.
Dies ermöglicht eine schnelle, nahezu in Echtzeit erfolgende Bewegung der Katheterspitze basierend auf schnellen dynamischen Änderungen der von diesen Elektromagneten erzeugten Magnetfelder. Das Katheterführungs-, Steuer- und Bildgebungssystem (CGCI) verwendet leistungsstarke Elektromagnete, um innerhalb eines effektiven Steuerbereichs ein äußerst bewegliches Magnetfeld zu erzeugen, das darauf optimiert ist, das Magnetfeld nahezu vollständig innerhalb der magnetischen Kammer zu fokussieren und einzuschließen. Das System erzeugt kein Magnetfeld, wenn es sich nicht im Magnetführungsmodus befindet.
Die Magnetfeldgeneratoren liefern Drehmoment und Kraft, um einen Katheter, der mit einem permanenten Magnetpellet an seiner Spitze ausgestattet ist, zu bewegen, zu positionieren und dessen Spitze zu lenken. Das robotische System umfasst eine Bedienkonsole, den CGCI-Steuerungsrechner und einen motorisierten linearen Vorschubmechanismus für den Katheter. Das System verwendet einen standardmäßigen Dreiachsen-Joystick, mit dem das Magnetfeld gedreht sowie der Katheter manuell vor- oder zurückgefahren werden kann.
Ein 3D-Controller wird verwendet, um den Katheter in beliebige bildschirmorientierte Richtungen vorzuschieben. Der Röntgen-C-Bogen kann am Bedienpult über den Röntgen-Dialog gedreht oder ausgefahren werden. Das Bedienpult ermöglicht die gemeinsame Anzeige des CGCI-Systems innerhalb des NEX-EP-Aufzeichnungssystems, der intrakardialen Ultraschalluntersuchung und der Röntgenbildgebung.
Es ermöglicht die direkte Tastatur- und Maussteuerung des internen Navi-Systems und des EP-Aufzeichnungssystems. Üblicherweise wird der mittlere Bildschirm für die Innenaufnahme und die CECI-Overlay-Grafiken verwendet. Der Patient wird außerhalb der magnetischen Kammer vorbereitet.
Das medizinische Personal legt unter örtlicher Betäubung den rechten und linken Femoralvenenanschluss für linksatriale Faltverfahren an. Ein Dekap-, ein Kollarkatheter und ein Schraubkatheter werden zunächst in der Koronarsinus bzw. im rechten atrialen Septum positioniert. Eine intravaskuläre Echokardiographie-Sonde wird ebenfalls im rechten Atrium platziert.
Anschließend erfolgt die herkömmliche Aufarbeitung des Arrhythmie-Mechanismus. Sobald der Flatter-Mechanismus des linken Vorhofs bestätigt ist, wird über eine transseptale Hülle und kontinuierliche Größenüberwachung der Zugang zum linken Vorhof erreicht.
Ein multipolarer Katheter wird ebenfalls über die transseptale Punktion in den linken Vorhof eingeführt. Verwenden Sie für die Fernnavigierung einen magnetischen Ablationskatheter, der durch eine spezielle Hülle mit Elektroden eingeführt wird. Die motorisierte Vorrichtung fügt Katheterverriegelungen hinzu oder entfernt sie.
Die Vorrichtung besteht aus einem sterilisierbaren Radantriebgetriebe und einer Motoreinheit. Außerdem umfasst sie eine Einmalkunststoffhülle mit Halterung und eine Beinhalterung. Die Hülle wird in der Halterung befestigt, und der Katheter wird in die Hülle eingeführt und manuell in das linke Vorhof vorgeschoben, was mittels Kartierungssystem und Durchleuchtung bestätigt wird.
Anschließend wird die Katheterschlauchleitung platziert, indem der Daumenhebel zurückgezogen wird, um sie zwischen die Rollen des Ritzelantriebsgetriebes zu legen. Der C-Bogen des Röntgengeräts wird in seine Betriebsposition innerhalb der magnetischen Kammer bewegt. Nun wird der Patientenständer vorgeschoben, um den Torx innerhalb des magnetischen Feldes zu positionieren.
Anschließend verlässt der Bediener den Operationsraum und übernimmt die Steuerung von der Operationskonsole aus. Der magnetische Katheter und die spezielle Hülle mit Elektroden werden nun auf dem zentralen Bildschirm aller CGCI- und Navi-Betriebsfunktionen angezeigt, die an der CGCI-Operationskonsole verfügbar sind. Der Bediener verwendet einen dreidimensionalen Joystick für die linke Hand, um die Menge der Katheterlänge zu steuern.
Eine rechte Hand. Ein 3D-Controller wird verwendet, um den Katheter durch Änderung der Richtung des Magnetfelds an eine bestimmte Stelle im linken Vorhof zu lenken. Der gelbe magnetische Pfeil zeigt die Richtung des Magnetfelds an.
Ein magnetisches Symbol zeigt die Spulenleistungswerte als Farben an. Grün kennzeichnet ein starkes positives, rot ein starkes negatives Feld. Als Nächstes 3D.
Die Geometrie wird durch die Fernbewegung des Katheters innerhalb des linken Vorhofs und der Lungenvenen, die Aktivierungsspannung sowie den ersten Kraftabstand konstruiert. Intervallkarten werden generiert, um den wiederholten Ablationskreislauf zu charakterisieren. Ziele werden identifiziert und auf der 3D-Geometrie lokalisiert. Im automatisierten magnetischen Führungsbetrieb kann der Bediener den Katheter durch Doppelklick auf eine innere Beschriftung automatisch zu einem bestimmten Ziel lenken.
Dies stellt eine wesentliche Funktion zur Erstellung von ferngesteuerten und automatischen Ablationslinien dar. Im automatischen Modus zeigt das System einen Zielwahldialog an, der die geplante Zielzeit und den Status der Zielsuche angibt.
Ein manueller Eingriff in eine automatische Suche ist mithilfe eines Joysticks oder 3D-Controllers möglich, um die Arrhythmie zu beenden. Hochfrequenzenergie wird entweder manuell oder automatisch an einen spezifischen Zielort abgegeben, wodurch die Arrhythmie beendet wird und ein normales EKG-Muster nach Unterbrechung des Reentry-Kreises wiederhergestellt wird. Keine erneute Induktion durch schnelle atriale Stimulation bestätigt die vollständige Beseitigung der Arrhythmie.
Das Verfahren endet nach dem Entfernen der Katheter, der Hülle und dem Komprimieren der Punktionsstellen zur Hämostase. Dieses auf Elektromagneten basierende System ermöglicht eine schnelle, reproduzierbare Navigation sowie eine genaue und stabile Katheterposition an ausgewählten Zielstellen innerhalb der Herzkammern. Diese Fixierungen sind wichtig für die Erzeugung transmuraler Läsionen und zur Führung des Katheters zu anatomisch schwierig zugänglichen Stellen, insbesondere bei geringer manueller Kathetererfahrung.
Dies kann zu wirksameren und sichereren Ablationsverfahren führen.
Übersicht
Dieser Bericht beschreibt ein neues System zur Fernnavigierung, das magnetische Antriebskräfte nutzt und als robotisches Werkzeug für kardiale elektrophysiologische Eingriffe konzipiert ist.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Kardiale Elektrophysiologie
- Robotergestützte Navigationssysteme
- Anwendungen magnetischer Felder
Hintergrund
- Herkömmliche Methoden zur Katheterführung weisen Einschränkungen auf.
- Magnetische Navigationssysteme verbessern Stabilität und Kontrolle.
- Elektromagnetische Felder können flexible Katheter effektiv führen.
- Neuere Fortschritte haben die Katheterführungs-Technologie verbessert.
Zweck der Studie
- Einführung eines neuen robotischen Instruments für kardiologische Eingriffe.
- Verbesserung der Präzision der Katheternavigation.
- Beurteilung der Wirksamkeit eines magnetischen Navigationssystems.
Verwendete Methoden
- Positionierung von Kathetern in die Herzkammern.
- Verwendung eines elektromagnetischen Systems mit acht Spulenkernen.
- 3D-geometrische Rekonstruktion mittels elektroanatomischer Kartierung.
- Ferngesteuerte Navigation und elektrophysiologische Manöver zur Charakterisierung von Arrhythmien.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Fernabgabe von Radiofrequenzenergie an Zielstellen.
- Verbesserte Stabilität und Kontrolle während der Katheternavigation.
- Die automatisierte magnetische Steuerung verbesserte die Zieltrefferquote.
- Effektive Charakterisierung von Arrhythmiekreisläufen.
Schlussfolgerungen
- Das neue Navigationssystem zeigt vielversprechende Ergebnisse bei kardialen Eingriffen.
- Magnetische Führung kann die Kathetermanövrierbarkeit verbessern.
- Weitere Entwicklungen könnten die Einschränkungen früherer Systeme beheben.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Systeme zur ferngesteuerten magnetischen Navigation beheben wichtige Herausforderungen in der kardialen Elektrophysiologie, indem sie eine präzise und stabile Katheterpositionierung für Ablationsverfahren ermöglichen. Diese Technologie unterstützt die Zielvalidierung bei komplexen Arrhythmie-Substraten durch echtzeitfähige, geschlossene Regelkreise, verringert die prozedurale Variabilität und verbessert die Reproduzierbarkeit. Durch die erhöhte Genauigkeit der Läsionen und die Unabhängigkeit des Operators vom Behandlungstisch leistet sie einen Beitrag zur mechanistischen Risikominimierung in frühen translationalen Studien kardialer Therapien.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung arrhythmogener Substrate durch eine genaue und stabile Katheterpositionierung zur Abbildung und Ablation.
- Operativer Wert: Verringert die Abhängigkeit von manueller Geschicklichkeit und standardisiert die Katheterführung zwischen verschiedenen Operateuren und Laboratorien.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Herstellung validierter 3D-anatomischer Rekonstruktionen für nachgeschaltete elektrophysiologische Untersuchungen.
- Operativer Wert: Unterstützt die Erzeugung hochpräziser, reproduzierbarer Geometrien, die für konsistente Wirkstoff- oder Geräteprüfungen unerlässlich sind.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Verbindet Entdeckung und präklinische Validierung, indem es eine zuverlässige Zielgerichtetheit von Arrhythmiekreisläufen in krankheitsrelevanten Modellen ermöglicht.
- Operativer Wert: Bietet eine wiederverwendbare Plattform für Längsschnittstudien, die wiederholten, präzisen Katheterzugang zu Herzkammern erfordern.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das System integriert sich in den Arbeitsablauf der kardiologischen Elektrophysiologie-Forschung, unterstützt die Hypothesenprüfung durch die Charakterisierung von Arrhythmien und ermöglicht die zuverlässige Applikation von Interventionen an den kartierten Zielstellen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Aufklärung von Signalwegen und die Reduzierung mechanistischer Risiken durch präzise elektrophysiologische Abbildung und Ablation identifizierter Substrate.
- Screening: Verbessert die Bereitschaft für Assays durch stabile und reproduzierbare Katheterpositionierung für konsistente elektrische Messungen.
- Analytik: Ermöglicht quantitative Messungen abhängiger Variablen wie Aktivierungsspannung, Abstandsintervalle und Ablationsläsionen.
- Translationale Forschung: Verbindet frühe Entdeckungen mit der präklinischen Kontinuität, indem Zielstrukturen in Modellen validiert werden, die menschliche Arrhythmiesubstrate nachahmen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als gemeinsam genutzte Kapazität in Elektrophysiologie-Laboren und reduziert Redundanzen in der Navigationsinfrastruktur.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bei der Ziellokalisierung, Verringerung mechanistischer Mehrdeutigkeiten bei der Charakterisierung von Arrhythmien.
- Operativer Wert: Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit der Katheternavigation über verschiedene Standorte und Studien hinweg.
- Strategischer Wert: Verbesserte Go/No-Go-Entscheidungen bei der Zielvalidierung, Kapitaleffizienz durch reduzierte Prozedurfehler und verringertes biologisches Risiko beim Übergang in die Translation.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierung kardialer Zielstrukturen basierend auf reproduzierbaren Ablationsergebnissen und Läsionsdauerhaftigkeit.
Durchführungsüberlegungen
- Expertise in kardialer Elektrophysiologie, Magnetfeldsicherheit und bedienerischer Erfahrung mit systemspezifischer Software.
- Instrumentarium einschließlich acht Spulenkern-Elektromagnete, motorisierter Katheterfortbewegung und integrierter Bildgebung (Durchleuchtung, Ultraschall, elektroanatomische Kartierung).
- Standardisierung von Navigationsprotokollen, Sicherheitsschwellen und Zielstrategien über Teamgrenzen hinweg zwischen den Bereichen Elektrophysiologie, Ingenieurwesen und Bildgebung.
- Anpassungsüberlegungen für unterschiedliche kardiale Anatomien, Kathetertypen und Arrhythmiesubstrate in präklinischen und klinischen Modellen.
- Praktische Einschränkungen beinhalten die Notwendigkeit ferromagnet-sicherer Umgebungen, mögliche Störungen des Magnetfelds durch metallische Implantate und spezielle Schulungen für die konsolenbasierte Fernbedienung.
