Magnétique assistée à distance de déviation contrôlée Astuce Microcatheter sous imagerie par résonance magnétique

Summary

Courant appliqué à un micro-cathéter endovasculaire avec pointe microbobine faite par laser Tour lithographie peut atteindre déviations contrôlables en vertu de résonance (MR) de guidage magnétique, ce qui peut améliorer la vitesse et l'efficacité de la navigation de la vascularisation au cours de diverses procédures endovasculaires.

Abstract

Procédures rayons X guidé par fluoroscopie endovasculaires ont plusieurs limites importantes, y compris la navigation cathéter difficile et l'utilisation des rayonnements ionisants, ce qui peut potentiellement être surmontées à l'aide d'un cathéter orientable magnétique sous la direction de MR.

L'objectif principal de ce travail est de développer un micro-cathéter dont l'extrémité peut être contrôlé à distance en utilisant le champ magnétique de l'IRM. Ce protocole vise à décrire les procédures pour appliquer un courant à l'microcathéter microbobine pointe pour produire des déformations cohérentes et contrôlable.

Un microbobine a été fabriqué en utilisant la lithographie laser tour sur un cathéter à pointe polyimide endovasculaire. L'expérimentation in vitro a été réalisée dans un bain-marie et le fantôme navire sous la direction d'un système 1,5-T MR en utilisant l'état d'équilibre de précession libre (ASAG) séquençage. Diverses quantités de courant ont été appliqués aux bobines du microcathéter pour produire meadéviations pointe sureable et naviguer dans des fantômes vasculaires.

Le développement de ce dispositif fournit une plate-forme pour les essais futurs et la possibilité de révolutionner l'environnement IRM interventionnelle endovasculaire.

Introduction

Procédures endovasculaires effectuées en cours d'utilisation la médecine interventionnelle radiographie l'orientation comme un outil de navigation cathéter dans le système vasculaire pour traiter plusieurs maladies graves, comme la rupture d'anévrisme, accident vasculaire cérébral ischémique, les tumeurs solides, l'athérosclérose et les arythmies cardiaques ciblant plus d'un million de patients par année dans le monde ^{1 - 5.} Avec l'utilisation des produits de contraste, de la navigation à travers le système vasculaire est obtenue par rotation manuelle de l'avancement du cathéter et mécanique par l'intervenant de part ^6. Toutefois, la navigation à travers de petits vaisseaux sanguins tortueux à travers de nombreux virages vasculaires devient de plus en plus difficile, en allongeant le temps avant d'atteindre le site cible. Cela pose un problème pour le temps des procédures adaptées telles que la suppression d'un caillot dans un vaisseau sanguin obstrué. En outre, les procédures longues augmenter la dose de rayonnement et créer le potentiel d'événements indésirables ^7-11. Toutefois, les procédures endovasculaires réalisée sous magnetic imagerie par résonance magnétique peut apporter une solution.

Le fort champ magnétique homogène d'un scanner IRM peut être exploitée pour la navigation extrémité du cathéter par télécommande ^12,13. Courant appliqué à une microbobine située à une extrémité du cathéter induit un moment magnétique faible, qui subit un couple tel qu'il s'aligne avec l'alésage de l'appareil d'IRM ¹³ (figure 1). Si le courant électrique est activé dans une bobine individuelle, l'extrémité du cathéter peut être déviée dans un plan de commande à distance. Si trois bobines à un bout de cathéter sont excitées, déviation extrémité du cathéter peut être réalisé en trois dimensions. Ainsi, la direction magnétique facilité d'un cathéter a le potentiel d'augmenter la vitesse et l'efficacité de la navigation vasculaire dans les procédures endovasculaires, ce qui pourrait réduire les temps d'intervention et d'améliorer les résultats des patients. Dans cette étude, nous avons examiné si le courant appliqué à un cathéter à pointe microbobine endovasculaire peut produire des données fiables et contrôlées deflections de moins de MR-conseils que les tests préliminaires d'études navigation cathéter.

Protocol

1. Fabrication microbobine

1. Procurez-vous un microcathéter disponible dans le commerce (par exemple 2.3f Rapid Transit Cordis neurovasculaire cathéter, Raynham, MA) pour un substrat.
2. Assurez-cathéters n'ont pas de composants ferreux, sont considérés comme MR-fort, et vont de 2,3 à 3,0 F.
3. Pulvérisation d'une couche d'adhésion de titane suivie d'une couche de germination de cuivre à l'état d'1 à 2 mm diamètre extérieur du tube isolant. Matériaux possibles comprennent polyimide ou d'alumine (Ortech Advanced Ceramics, Sacramento, CA).
4. Dépôt électrolytique d'une couche de résine photosensible positive en utilisant Shipley PEPR-2400 (actuellement vendu par Dow Chemical sous le nom Intervia 3D-P). Les résultats d'électrodéposition dans un revêtement uniforme sur la surface non plane cylindrique.
5. Résine photosensible est exposée par un laser à écriture directe système unique (laser tour, un système non commercial développé au Lawrence Livermore National Laboratory) dans le modèle de la forme de bobine désiré (figure 2A). Il s'agit d'une modition de la technique initialement décrite dans Malba et al ^14.
6. Développer la résine photosensible exposée dans une solution à 1% de carbonate de potassium à 35 ° C.
7. Cuivre est galvanisé à travers le masque de résist restante pour former la bobine souhaitée. Le système peut fabriquer à la fois magnétique et les modes de Helmholtz cuivre (hippodrome) (figures 2C et 2D).
8. Après électrodéposition de cuivre, retirez le développeur résister à chaud. Enlever la couche de germination de cuivre, suivie par la couche d'adhésion de titane.
9. Fixez le tube isolant à l'extrémité du cathéter à l'aide pellicule rétractable pour compléter l'assemblage. Assurez-vous que la pellicule rétractable recouvre le bout enroulé entier. Pour assembler plusieurs axes cathéters placer des structures tubulaires isolants à l'intérieur de l'autre comme le montre la figure 2E.
10. Fils de cuivre à travers la lumière de fil de soudure et le microcathéter aux bobines à la pointe.
11. Modifier et raccourcir de 6 pi de câble téléphonique RJ11 to 3 pieds de longueur.
12. Connecter les fils de cuivre émanant du moyeu d'extrémité arrière du microcathéter à la modification de la ligne téléphonique 3 ft transmission vérin.

2. Configuration bain-marie

1. Faire un petit trou au centre de la face d'une cuvette en plastique environ 5 cm du fond.
2. Insérez une 9F Avanti Cordis vasculaire gaine (Cordis Endovascular, Miami Lakes, FL) dans le trou.
3. Couper l'extrémité distale de la gaine vasculaire laissant un 4 cm de long morceau s'étendant dans le bassin.
4. À l'extrémité de la gaine, fixer une valve hémostatique rotative ou Thuoy-Borst pour stabiliser l'emplacement du microcathéter.
5. Remplir le bassin avec de l'eau distillée assurer une immersion complète de l'appareil.
6. Insérer le cathéter à embout en spirale à travers la gaine vasculaire et de la vanne.
7. Mesurer et noter la longueur effrénée du microcathéter s'étendant de la vanne dans le bain-marie.
8. Placez le bain-marie avec microSystème de cathéter à l'intérieur de l'aimant de l'appareil d'IRM et orienter par rapport à l'alésage de l'aimant.
9. Branchez le câble téléphonique modifiée 3 pi attaché au cathéter à un 25 pieds RJ11 ligne de transmission de téléphonie par câble à l'aide d'un téléphone 2-way jack.
10. Branchez l'autre extrémité du câble 25 pi téléphone à une alimentation Lambda LPD-422A-FM double alimentation régulée pour fournir jusqu'à 1 A de courant de l'appareil.
11. Placez les lignes de transmission à travers un guide d'onde et la source d'alimentation en dehors de la salle du scanner MR en dehors de la ligne 5 Gauss.

3. Navire fantôme de configuration

1. Construire un fantôme récipient creux avec une intersection en forme de Y à partir de tubes en caoutchouc avant l'expérimentation.
2. Remplissez le fantôme récipient avec une solution 0,0102 M de gadopentétate diméglumine (GdDTPA) (Magnevist, Bayer Healthcare Pharmaceuticals, Montville, New Jersey) dans de l'eau distillée pour créer un contraste entre les vaisseaux fantômes et le fond.
3. Assemblez le MicroCatheter système tel que décrit dans les étapes 1.1 à 1.9. Relier le cathéter à l'alimentation électrique et la position comme décrit dans les étapes de 2,9 à 2,11.
4. Positionner la pointe du microcathéter à la base de l'ouverture du récipient.
5. Placer le fantôme à l'intérieur de l'aimant de l'appareil d'IRM et orienter par rapport à l'alésage de l'aimant.

4. Imagerie par résonance magnétique

1. Effectuer une imagerie avec un système clinique 1.5T MR (Siemens Avanto, SW: Syngo B13, Erlangen, Allemagne; Philips Achieva, SW version 2.1, Cleveland, OH).
2. Appliquer <50 mA de courant de visualiser la position de pointe du cathéter. En vertu de l'IRM, un petit moment magnétique sera produite à l'extrémité du cathéter de visualiser un artefact distincte de forme variable en fonction de la bobines sont excitées.
3. Appliquer des quantités variables de courant dans la plage de ± 100 mA à partir de la source d'alimentation double Lambda pour les bobines et observer béquillage (figures 3A-3C) dans le ba de l'eaue configuration. Parce que béquillage est presque instantanée, le courant ne doivent être appliqués pour ~ 1-2 secondes pour visualiser déviation maximale.
4. Répéter et d'enregistrer applications consécutives de montants de courant.
5. Répétez l'étape 4.2, tout en poussant la sonde à la main permettre l'avancement mécanique à travers la cuve (figures 4A et 4B) fantôme. Appliquer le courant au point de branchement de détourner l'extrémité du cathéter dans le vaisseau désiré. Faire avancer le cathéter dans le vaisseau de branche en poussant manuellement l'extrémité de cathéter (Figure 4C). Rétracter le cathéter à la bifurcation de vaisseau et de répétition dans la branche opposée (figure 4D).
6. Acquérir des images IRM à l'aide d'un instantané 2D-FLASH séquence (TR = 30 ms, TE = 1,4 ms, une matrice de 256 x 128 et un angle de bascule à 30 °).

5. Les mesures de déflexion

Analyser et mesurer les déviations angulaires des images capturées au coursexpériences bain-marie avec diverses applications informatiques (toute Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) Viewer).

Results

Du protocole décrit ci-dessus, un angle de déviation entre 0 et 90 degrés doit être observée à partir de l'application 50-300 mA de courant délivré simultanément aux deux bobines d'un électro-aimant et le système combiné de Helmholtz microcathéter bobine (2E figure). Une augmentation du courant appliqué devrait se traduire par une augmentation de l'angle de déviation microcathéter, tandis qu'une inversion de polarité de courant doit se traduire par déviation dans la direction opposée comme observé avec ...

Discussion

Ici, nous décrivons le protocole de déflexion d'un micro-cathéter dans un appareil d'IRM. Les paramètres clés de la réussite sont une application précise du courant et la mesure de l'angle de déviation. Une mesure inexacte du angle de déflexion est l'erreur la plus probable rencontrées dans ce protocole. Les angles capturées en images par résonance magnétique lors de l'expérience à bain d'eau peuvent différer des valeurs réelles en raison de légères différences dans l'orientation, par laquell...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agent de contraste GdDTPA (Magnevist)	Bayer HealthCare Pharmaceuticals Inc.	1240340	McKesson Numéro de matériau
Photorésine positive	Shipley N	/A	PEPR-2400, Remplacement : Dow Chemicals Intervia 3D-P
Sulfate de cuivre	ScienceLab	SLC3778	Forme cristalline
Acide sulfurique	ScienceLab	SLS1573	50 % p/p solution
Parrafin Wax	Carolina	879190
Carbonate de potassium	Acros Organics	424081000