磁気共鳴イメージング下磁気アシストリモート制御マイクロカテーテルの先端偏向
April 4th, 2013
レーザー旋盤リソグラフィ製マイクロコイル先端が血管内マイクロカテーテルに適用されている現在では、さまざまな血管内処置時の脈管構造のナビゲーションの速度と効率を向上させることができ、磁気共鳴（MR）の指導の下で制御可能な偏向を実現することができます。
次の実験の全体的な目標は、インターベンショナル MRI における血管内カテーテルのステアリングを改善するための制御システムを開発およびテストすることです。これは、第2のステップとして、先端に小さな電磁石を装着したマイクロカテーテルを作製することで実現されます。マイクロカテーテルは、リモートコントロールナビゲーション用のカスタムビルド制御システムに取り付けられています。
次に、マイクロカテーテルはウォーターバスで制御可能に偏向し、患者の血管内の状態をシミュレートするファントムでナビゲートされます。ウォーターバス実験の結果は、ステアリングマイクロコイルに印加される電流の量と極性に基づいて、予測可能なカテーテル先端のたわみを示しています。血管ファントムでのナビゲーションの成功は、カテーテルの操舵能力を示しています。
従来のX線血管内カテーテルナビゲーションと比較したMRIガイド付きナビゲーションの主な利点は、MRIが灌流や拡散情報などのインターベンショニストの重要な情報をリアルタイムで提供し、可能な限り最善の手続き内決定を下すのに役立つことです。この方法は、カテーテル先端を遠隔操作する能力が現在のインターベンショナルMRI手順の有効性を向上させることができるかどうかなど、インターベンショナルMRI分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。潜在的なアプリケーションには、脳卒中腫瘍や心不整脈の血管内治療が含まれます。
一般的に、この方法に不慣れな人は、インターベンションガイダンスへの非常にユニークなアプローチであるため、苦労するでしょう。マイクロコイルの作製を開始するには、基板用の市販のマイクロカテーテルを入手してください。カテーテルにフェリスコンポーネントがないことを確認し、磁気共鳴またはmr.Safeと見なされ
、サイズは2.3から3.0フレンチサイズの範囲です。スパッタリングシステムを使用して、ポリアミドまたはイルミナの外径1〜2ミリメートルの絶縁チューブに銅のシード層を塗布します。テキストプロトコルに記載されているように、フォトレジストを塗布し、銅をパターニングすることで、ソレノイドとヘルムホルトの両方の銅パターンを作製できます。
シュリンクラップでマイクロカテーテルの先端に絶縁チューブを追加し、銅線を挿入するためのテキストプロトコルの組み立て手順に引き続き従います。マイクロコイルのワイヤを改造された3フィートのフォーンジャック伝送線路に取り付けた後、マイクロコイルの作製は完了し、マイクロコイルを水浴中でのin vitro試験に使用することができます。まず、プラスチックの洗面器の側面の中央に、底から約5センチのところに小さな穴を開けます。
穴に11本のフレンチアバンティコード血管シースを挿入します。血管鞘の遠位端を切断し、盆地に伸びる長さ4センチメートルのピースを残します。シースの端に、回転する止血弁または2つのEOR弁を取り付けて、マイクロカテーテルの位置を安定させます。
洗面器に蒸留水を入れ、装置が完全に水没するようにします。先端がコイル状になったカテーテルを血管シースと弁に挿入します。バルブからウォーターバスに伸びるマイクロカテーテルの拘束されていない長さを測定し、記録します。
マイクロカテーテルシステム付きウォーターバスをMRスキャナーの磁石内に置き、磁石の穴に対して向きを変えます。カテーテルに取り付けられた変更された3フィートの電話ケーブルを、双方向電話ジャックを使用して25フィートのRJ11電話ケーブル伝送線路に接続します。次に、送電線を導波管に通します。
次に、25フィートの電話ケーブルのもう一方の端をデュアル安定化電源に接続して、最大1アンペアの電流をデバイスに供給し、電源をMRスキャナーの外部に配置します。5ガウスラインの外側。1.5テスラの臨床MRシステムでイメージングを行います。
50ミリアンペア未満の電流を流して、MRI下のカテーテル先端位置を視覚化します。カテーテルの先端に小さな磁気モーメントが生成され、どのコイルが通電されるかによって形状が異なる明確なアーティファクトを視覚化します。ラムダデュアル電源からコイルにプラスマイナス100ミリアンペアの範囲で可変量の電流を流し、先端のたわみがほぼ瞬時であるため、ウォーターバスセットアップで先端のたわみを観察します 電流は約1〜2秒間だけ印加する必要があります。
最大たわみを視覚化するには、電流取得MRの設定量を連続して繰り返して記録します。テキストにある 2D スナップショット フラッシュ シーケンスを使用します。最後のステップとして、さまざまなコンピュータアプリケーションでキャプチャされた画像の角度偏向を分析および測定し、ベッセルファントムコンストラクト、ゴムチューブからY字型に交差する中空ベッセルファントムのマイクロコイルのin vitro試験を行います。実験に先立ち、蒸留水にガドリニウム造影剤の0.0102モル溶液を容器ファントムに充填します。
ファントム血管と背景との間にコントラストを作り出すために、マイクロカテーテルシステムを組み立てます。ビデオの前半に示すように、カテーテルを電源と位置に接続します。マイクロカテーテルの先端を血管開口部の基部に配置します。
ファントムをMRスキャナーの磁石内に置き、磁石の穴に対して向きを変えます。カテーテルのハブ端を同時に手で押すことを除いて、ウォーターバスと同じMR手順を使用し、血管分岐点で血管ファントムを機械的に前進させることができます。十分な量の電流を流して、カテーテルの先端を目的の血管にうまく偏向させます。
カテーテルの端を手動で押して、カテーテルの先端をこの血管に進めます。カテーテルの先端を血管分岐部に引っ込め、反対側の分岐で繰り返します。ゼロと90度の間の偏向角度は、ソレノイドとヘルムホールコイルマイクロカテーテルシステムの組み合わせの両方のコイルに同時に供給される電流の50〜300ミリアンペアの印加から観察されるべきです。
カテーテル先端のたわみは、ここに電流を流すことで観察できます。通電されたコイルからのブルーミングアーティファクトがはっきりと見えます。印加電流が増加すると、マイクロカテーテルの偏向角度が増加するはずですが、電流の極性が逆転すると、正の電流で観察されるのとは正反対の方向にたわむはずです。
このビデオは、50 ミリアンペアと 100 ミリアンペアの電流のウォーターバス アプリケーションにおける前方後部カテーテルのたわみを示しており、それぞれ 10 度と 14.5 度の一貫したたわみをもたらしました。正の電流は前面で先端のたわみを引き起こし、負の電流は後面でたわみを引き起こします。ここに示されているのは、50ミリアンペアと100ミリアンペアの電流のウォーターバスアプリケーションでの右左カテーテルのたわみにより、それぞれ一貫した11.5度と17度のたわみが得られました。
ここに示すように、正の電流は右面で先端のたわみを引き起こし、負の電流は左面でたわみを引き起こします。カテーテルのたわみとステアリングは、血管を介して制御できます。コイル状のカテーテル先端にファントム電流が印加され、可視化ブルーミングが発生します。
カテーテルは機械的に前進し、電流が印加されて下部の血管枝にたわみを引き起こします。その後、カテーテルは逆電流極性によって引っ込められます。カテーテルが偏向して上部血管枝に進み、分岐ファントムでのカテーテルのたわみがここに示されている。
カテーテルに電流を印加することで、ファントムの左血管枝へのターゲティングと前進を成功させることができます。次に、カテーテルを分岐点まで引っ込め、右の血管枝に導きます。この手順に続いて、カテーテルの偏向は、MRIガイダンスの下でより複雑な血管ファントムで実行でき、カテーテルシステムのナビゲート性をさらに探求することができます その開発後。
この技術は、神経インターベンショナルラジオロジーとインターベンショナルラジオロジーの分野の研究者が治療モダリティとしてのインターベンショナルMRIを探求する道を開きました。このビデオを見た後、このマイクロコイル先端カテーテルシステムで予測可能なカテーテル先端のたわみがどのように生成されるかをよく理解しているはずです。レーザーブレードでの作業は非常に危険であり、常に適切な保護具を着用する必要があることを忘れないでください。
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概要
この研究は、インターベンショナルMRI手術中に血管内カテーテルの操作を向上させるための制御システムの開発に焦点を当てています。電磁石を備えたマイクロカテーテルを使用することで、血管内環境でのナビゲーションの効率を改善することを目指しています。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 生体医工学
- インターベンショナル放射線学
背景
- 血管内処置にはカテーテルの精密な操作が必要です。
- 現在の方法は制御と効率の面で制限がある場合があります。
- 磁気共鳴誘導はナビゲーションの改善のための潜在的な解決策を提供します。
- 電磁誘導による操作はカテーテルの操作性を向上させる可能性があります。
研究の目的
- 血管内カテーテル操作のための制御システムを開発すること。
- 電磁石付きマイクロカテーテルの有効性をテストすること。
- シミュレートされた血管条件下でのナビゲーション能力を評価すること。
使用された方法
- 小さな電磁石を備えたマイクロカテーテルの製造。
- リモート操作用のカスタム制御システムの開発。
- 制御可能な偏向を評価するための水浴でのテスト。
- 血管をシミュレートするファントムでのナビゲーション試験。
主な結果
- 電流に基づいた予測可能なカテーテル先端の偏向。
- 血管ファントムでの成功したナビゲーションにより操作能力が実証されました。
- 結果はカテーテル位置の制御の改善を示しています。
- 磁気共鳴誘導は処置の有効性を向上させます。
結論
- 開発されたシステムはカテーテル操作の改善に有望です。
- 電磁誘導による操作は血管内処置を向上させる可能性があります。
- さらなる研究により臨床応用のために技術を最適化できる可能性があります。
よくある質問
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.
