Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 27 s
Description: 学ぶ、磁気共鳴イメージング下で電磁石付きマイクロカテーテルの先端偏向制御システムを開発・評価する方法。水浴槽と血管ファントムを用いた実験により、電流制御による予測可能な偏向と遠隔操作ナビゲーションの有効性を検証します。

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Pallav Kolli、ファビオSettecase、マシューAmans、とUCSFのロバート·テイラー、ペンシルベニア大学のティム·ロバーツ資金源 NIHの国立心臓肺血液研究所（NHLBI）賞（M·ウィルソン）：神経放射線研究·教育財団奨学生賞1R01HL076486アメリカン協会（S. Hetts） 生体イメージングとバイオのNIHの国立研究所（NIBIB）賞（S. Hetts）：1R01EB012031

1。マイクロコイルの作製<ol><li>基板用の市販のマイクロカテーテル（ 例えば 2.3Fラピッド·トランジットコーディス神経血管カテーテル、レインハム、MA）を取得します。 </li><li>カテーテルのサイズが2.3から3.0 Fを全く鉄の成分は、MR-安全であると見なされており、範囲を持っていないことを確認してください</li><li> 1〜2ミリメートル外径絶縁チューブかれ銅シード層が続くチタン接着層をスパッタする。可能な材料としては、ポリイミドやアルミナ（Ortech先進セラミックス、サクラメント、カリフォルニア州）。 </li><li>シプリーのPEPrと-2400（現在の名前Intervia 3D-Pの下ダウケミカルが販売している）を使用して、ポジ型フォトレジスト層を電着。非平面円筒面上に均一なコーティングで電結果。 </li><li>フォトレジストは、所望のコイルフォーム（ 図2A）のパターンのユニークなレーザー直接描画システム（レーザー旋盤、ローレンス·リバモア国立研究所で開発された非商用システム）によって公開されます。これはmodificaですもともとMalba らに記載された技術のる14 </li><li> 35℃で炭酸カリウムの1％溶液で露光されたフォトレジストを開発</li><li>銅は、所望のコイルを形成するために、残りのレジストマスクを介して電気めっきされる。システムは、ソレノイドとヘルムホルツ（競馬場）の銅パターン（ 図2Cおよび2D）の両方を製造することができる。 </li><li>銅電着した後、ホット現像液でレジストを除去。チタン接着層が続く銅シード層を削除します。 </li><li>組み立てを完了し、シュリンクラップを使用してカテーテル先端に絶縁チューブを取り付けます。シュリンクラップ全体のコイル先端を覆っていることを確認します。 図2Eに示すように、多軸カテーテルをアセンブルするには、互いの内部に絶縁チューブ構造を配置します。 </li><li>先端のコイルにマイクロカテーテルと半田の内腔に通した銅線を。 </li><li> 6フィートRJ11電話ケーブルトンを変更して短縮長さはO 3フィート</li><li>マイクロカテーテルの後端ハブから修正された3フィートの電話ジャック伝送路に放出される銅線を接続します。 </li></ol> 2。水槽のセットアップ<ol><li>底から約5cmのプラスチック洗面器の側面の中央に小さな穴をあけます。 </li><li>穴を通して9Fアヴァンティコーディス血管シース（血管内コーディス、マイアミレイクス、フロリダ州）を挿入します。 </li><li>盆地にに延びる4センチメートル-長い作品を残し血管シースの遠位先端をカットします。 </li><li>シースの終わりには、マイクロカテーテルの位置を安定させるために回転止血またはThuoy-ボーストバルブを取り付けます。 </li><li>蒸留水は、装置を完全に水没を確実に洗面器を埋める。 </li><li>血管シースとバルブを介してコイル状の先端でカテーテルを挿入します。 </li><li>測定し、中のバルブから水浴に伸びるマイクロカテーテルの気ままな長さを記録。 </li><li>マイクロで水浴を置き磁石のボアに対してMRスキャナと東洋の磁石内のカテーテルシステム。 </li><li> 2ウェイフォンジャックを使用して25フィートRJ11電話ケーブル伝送路にカテーテルに取り付け修正3フィートの電話ケーブルを接続します。 </li><li>デバイスへの1の電流を供給するようにラムダLPD-422A-FMデュアル安定化電源に25フィートの電話ケーブルのもう一方の端を接続します。 </li><li> 5ガウスラインの外のMRスキャナ室の外導波路と電源を介して送電線を配置します。 </li></ol> 3。血管ファントムのセットアップ<ol><li>ゴムチューブから実験開始までにY字路を有する中空容器ファントムを構築します。 </li><li>ファントム船と背景のコントラストを作成するには、蒸留水でgadopentetateジメグルミン（GdDTPA）（Magnevist、バイエルヘルスケアファーマシューティカルモントビル、ニュージャージー州）の0.​​0102 M溶液と血管ファントムを埋める。 </li><li>のMicroCを組み立てる1.9〜ステップ1.1で概説されているようatheterはシステム。手順2.11から2.9で説明したように電源との位置にカテーテルを接続します。 </li><li>容器開口部の基部にマイクロカテーテルの先端の位置を決めます。 </li><li>磁石のボアに対してMRスキャナと東洋の磁石内にファントムを置きます。 </li></ol> 4。磁気共鳴画像<ol><li> 1.5Tの臨床MRシステム（：;フィリップスAchieva、SWリリース2.1、クリーブランド、オハイオ州Syngo B13、エアランゲン、ドイツシーメンスAvanto、SW）との撮像を行う。 </li><li>カテーテル先端の位置を視覚化するために現在の&lt;50ミリアンペアを適用します。 MRI下で、小さな磁気モーメントは、コイルに通電されているに応じて形状を変化させることの明確な成果物を可視化するために、カテーテル先端部で生産される。 </li><li>コイルにラムダデュアル電源から±100 mAの範囲で電流の可変量を適用し、水BA内の先端偏向（ 図3A-3C）を観察する番目のセットアップ。先端のたわみはほぼ瞬時であるため、電流は最大たわみを可視化するために〜1〜2秒のために適用されるだけで済みます。 </li><li>現在の設定金額の連続した​​アプリケーションを繰り返して記録します。 </li><li>同時に血管ファントム（ 図4Aおよび図4B）を介して機械的な発展を可能にする手でカテーテルを押しながら、4.2の手順を繰り返します。所望の血管にカテーテル先端をそらすために分岐点に現在適用されます。手動でカテーテル先端（ 図4C）を押して、分枝血管にカテーテルを進める。反対側の枝の血管分岐と繰り返し（ 図4D）にカテーテルを収納してください。 </li><li> 2Dスナップショットフラッシュシーケンス（TR = 30ミリ秒、TE = 1.4ミリ秒、256 X128の行列とフリップ角〜30℃）を使用して、MR画像を収集。 </li></ol> 5。たわみ測定中に撮影した画像の角度偏向を分析し、測定様々なコンピュータ·アプリケーション（医学のどのデジタル画像と通信（DICOM）ビューア）と水槽実験を行った。

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</ol>

博士Hettsはストライカー社から助成金を受け、シルクロード·メディカル社の有給コンサルタントであるた

ここでは、MRスキャナでマイクロカテーテルのたわみのためのプロトコルを記述します。成功のための重要なパラメータは、現在のと偏向角の測定の正確な適用である。偏向角の不正確な測定では、このプロトコルで遭遇する最も可能性のエラーです。水槽実験の間にMR画像でキャプチャ角度は、媒体が磁石のボアに対して配置されることによって向きのわずかな違いにより、実際の値と異なる場合があります。将来的にこの問題に対処するために、画像は、2つの異なる次元で配置、MR-互換性のある光ファイバーカメラで撮影することができます。 MRとカメラ画像の両方を使用することにより、マイクロカテーテル先端のより正確な三次元ビューを提供します。 画像の品質は、イメージングが実行されるの下にパラメータを変更することによって改善することができる。異なる撮像シーケンスは、画像品質の向上と透明性があるかどうかを判断するために用いることができる経験した。伝送線路はMRスキャナ制御室がなくなったので、さらに、磁石部屋のRF筐体の整合性は、おそらく画像の品質を低下させるサブ最適であった。この問題は、浸透パネルのフィルタを介して電力線を配置...

そのような脳動脈瘤、虚血性脳卒中、固形腫瘍、アテローム性動脈硬化症および世界1年間100万人以上の患者を対象とした不整脈のようないくつかの主要な病気を治療するための血管系を通してカテーテルナビゲーションのためのツールとして介入医療用X線ガイダンスで行う血管内処置- 5。造影剤を使用することで、血管系を介してナビゲーションが介入の手6によりカテーテルの手動回転と機械的な進歩によって達成される。しかし、多くの血管の曲がりの周りの小さな曲がりくねった血管を通るナビゲーションは、標的部位に到達するまでの時間を長くすることは、ますます困難になる。これは、このような閉塞した血管内の血栓を除去するなどの時間に敏感な手順については、問題が発生します。さらに、長引く手続きは放射線量を増加させ、有害事象は7月11日の可能性を作成します。マネッティ下で行わしかし、血管内処置C共鳴イメージングは​​、ソリューションを提供することがあります。 MRIスキャナの強い均質磁場がリモコン12,13によりカテーテル先端のナビゲーションのために悪用される可能性があります。カテーテル先端に位置するマイクロコイルに印加される電流は、それがMRIスキャナ13（ 図1）の穴と揃うようにトルクが発生し、小さな磁気モーメントを誘発する。電流は個々のコイルにアクティブになっている場合は、カテーテル先端リモコンで一つの平面内に偏向させることができる。カテーテル先端の3コイルに通電している場合は、カテーテル先端のたわみは、3次元で達成することができます。このように、カテーテルの磁気促進ステアリングは手続き時間を短縮し、患者の転帰を改善することができる血管内処置における血管ナビゲーションの速度と有効性を、増加する可能性を秘めている。マイクロコイル先端が血管内カテーテルに印加される電流は、信頼性、制御されたdeflectiを作り出すことができる場合は、この研究では、検討カテーテルナビゲーションの研究の予備試験として、MR-指導の下、アドオン。

<table><tbody><tr><td>GdDTPA造影剤(マグネビスト)</td><td>バイエルヘルスケアファーマシューティカルズ(株)</td><td>1240340</td><td>McKesson材料番号</td></tr><tr><td>ポジフォトレジスト</td><td>Shipley</td><td>N / A</td><td>PEPR-2400、交換:ダウケミカルズインタービア3D-P</td></tr><tr><td>銅硫酸</td><td>ScienceLab</td><td>SLC3778</td><td>結晶形</td></tr><tr><td>硫酸</td><td>ScienceLab</td><td>SLS1573</td><td>50%w / w溶液</td></tr><tr><td>パラフィンワックス</td><td>カロライナ</td><td>879190</td><td></td></tr><tr><td>炭酸カリウム </td><td>アクロスオーガニックス 424081000</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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

Magnetically-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Deflection under Magnetic Resonance Imaging

X線透視誘導血管内処置が困難なカテーテルナビゲーションと潜在的にMRの指導の下、磁気的操作可能なカテーテルを使用して克服することができる電離放射線の使用を含めて、いくつかの重要な制限があります。 この作品の主な目標は、その先端遠隔MRスキャナの磁場を用いて制御することができるマイクロカテーテルを開発することである。このプロトコルは、一貫して制御可能な偏向を生成するマイクロコイル先端がマイクロカテーテルに通電するための手順について説明することを目指しています。 マイクロコイルは、ポリイミド、先端が血管内カテーテルにレーザー旋盤リソグラフィを用いて作製した。 インビトロ試験を定常自由歳差運動（SSFP）シーケンシングを用いて1.5-TのMRシステムの指導の下、水浴及び血管ファントムで行われた。現在、様々な量のMEAを製造するためにマイクロカテーテルのコイルに印加されたsureable先端のたわみや血管ファントムにナビゲートします。 この装置の開発は、今後のテストおよび血管内インターベンMRI環境に革命をする機会のためのプラットフォームを提供します。

上記のプロトコルから、0度と90度の間の偏向角は、結合されたソレノイド及びヘルムホルツコイルマイクロカテーテルシステム（ 図2E）の両方のコイルに同時に供給される電流の50〜300ミリアンペアのアプリケーションから観察されるべきである。正の電流で観察されるような電流極性の反転は正反対の方向にたわみが生じるべきである一方、印加電流の増加は、マイクロカテーテルのたわみ角の増加をもたらすべきである（ 図5A〜図5C）。偏向角は、しかし、いくつかのパラメータに依存しています。印加される電流の量とソレノイドのコイルの巻数とヘルムホルツコイルは、マイクロカテーテル先端の磁気モーメントの強さを変化させる。さらに、粒子と外部磁場の磁気モーメントの間に外部磁場と角度の強さはmicrocatheteが経験したトルクの量が決まりますR。最後に、水浴に伸びるマイクロカテーテル先端の気ままな長さが変更されるかもしれませんもう一つの要因である。これらの変数のいずれかを変更しても、たわみの修正角度を生成します。 MR画像からの偏向角度の正確な...

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。

X-ray fluoroscopy-guided  endovascular procedures have several significant limitations, including  difficult catheter navigation and use of ionizing ...

本実験の全体的な目的は、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性能を向上させるための制御システムを開発し、検証することである。これは、第2段階として、先端に微小電磁石を備えたマイクロカテーテルを作製することで達成される。これらのマイクロカテーテルは、遠隔操作によるナビゲーションを実現するために、カスタム構築された制御システムに接続される。次に、マイクロカテーテルを水槽内で制御的に偏向させ、患者の血管内条件を模したファントム内でナビゲートさせます。水槽実験の結果から、ステアリングマイクロコイルに印加した電流の量と極性に基づいて、カテーテル先端が予測通りに偏向することが示されました。血管ファントム内でのナビゲーションの成功は、カテーテルのステアリング能力を実証しています。従来のX線による血管内カテーテルナビゲーションと比較して、MRIガイド下ナビゲーションの主な利点は、MRIによって灌流や拡散などの重要な情報をリアルタイムで術者に提供できるため、術中に可能な限り最適な判断を下すことができる点にあります。この手法は、カテーテル先端を遠隔で制御できる能力が現在の介入的MRI処置の有効性を向上させることができるかなど、介入的MRI分野における重要な疑問への回答に寄与します。この技術の目的の一つは、治療手段としてのMRIをさらに発展させることです。潜在的な応用例としては、脳卒中、腫瘍、および心室性不整脈の血管内治療が挙げられます。一般的に、この手法に不慣れな方は、インターベンションガイダンスへのアプローチが非常に特殊であるため、習得に苦労することがあります。マイクロコイルの作製を開始するには、基質として市販のマイクロカテーテルを入手してください。カテーテルに強磁性成分が含まれておらず、磁気共鳴またはMR適合であることを確認してください。安全であり、サイズは2.3から3.0 Frenchの範囲です。スパッタリングシステムを用いて、外径1〜2 mmのポリアミド製またはIllumina製の絶縁チューブに銅のシード層を形成します。テキストプロトコルに記載されている方法でフォトレジストを塗布し、銅をパターニングすることで、ソレノイドおよびヘルムホルツの両方の銅パターンを製作できます。シュリンクラップを用いてマイクロカテーテルの先端に絶縁チューブを取り付け、銅線を挿入する手順については、テキストプロトコルの組み立て指示に引き続き従ってください。マイクロコイル線を改造した3フィートの電話ジャック伝送線に接続すれば、水槽内でのin vitro試験に向けたマイクロコイルの作製は完了です。まず、プラスチック製 basinsの側面の中心部、底から約5 cmの位置に小さな穴を開けます。11 French Avanti cordes血管シースを穴に挿入します。血管シースの先端をカットし、4 cmの長さの部分がベースン内に伸びるようにします。シースの末端に、マイクロカテテルの位置を固定するため、回転式止血バルブまたは2つのEORバルブを取り付けます。装置が完全に浸るように、水槽に蒸留水を満たします。コイル状の先端を持つカテーテルを、血管シースとバルブを通して挿入します。バルブから水槽内に伸びてい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を入れたウォーターバスをMRスキャナーのマグネット内に設置し、マグネットのボアに合わせて方向を調整します。カテーテルに取り付けられた改造済みの3フィート電話ケーブルを、2方向電話ジャックを使用して25フィートのRJ 11電話ケーブル伝送線に接続します。次に、伝送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2電源レギュレーテッド電源に接続し、デバイスに最大1 Aの電流を供給できるようにします。その後、電源をMRスキャナーの外側、すなわち5ガウスラインの外に配置します。1.5 Teslaの臨床用MRシステムを用いて撮像を行います。MRI下でカテーテル先端の位置を可視化するために、50 mA未満の電流を印加します。カテーテル先端に小さな磁気モーメントが生じ、励起されるコイルに応じて形状が変化する、明確なアーチファクトとして可視化されます。Lambdaデュアル電源から±100 mAの範囲で可変量の電流をコイルに印加し、水槽セットアップにおける先端の偏向を観察します。先端の偏向はほぼ瞬時に起こるため、電流の印加時間は約1〜2秒で十分です。最大偏向を可視化するため、設定した電流量を連続的に印加し、MR画像を記録します。この際、本文に記載されている2Dスナップショットフラッシュシーケンスを使用してください。最終ステップとして、ゴムチューブ製のY字型交差を持つ中空血管ファントム構造体を用いたマイクロコイルのin vitro試験において、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した画像の角度偏向を分析および測定します。実験前に、血管ファントムに蒸留水で調製した0.0102 molarのガドリニウム造影剤溶液を満たしてください。ファントム血管と背景のコントラストを明確にするため、マイクロカテーテルシステムを組み立てます。カテーテルを電源に接続し、ビデオの前半で示した位置に配置します。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配置し、磁石のボアに合わせて方向を調整します。水槽の場合と同様のMR手順を用いますが、同時に手でカテーテルのハブ端を押し、血管分岐点において血管ファントム内を機械的に前進させます。カテーテル先端を目的の血管内に適切に偏向させるため、十分な量の電流を印加してください。カテーテルの端を手動で押し込み、カテーテル先端をこの血管内へ進めます。カテーテル先端を血管の分岐点まで後退させ、反対側の枝で同様の操作を繰り返します。複合ソレノイドおよびヘルムホルツコイルマイクロカテーテルシステムにおいて、両方のコイルに50から300 milliampsの電流を同時に流すと、0度から90度の偏向角が観察されるはずです。ここで電流を印加すると、カテーテル先端の偏向が観察できます。通電しているコイルからのブルーミングアーチファクトがはっきりと見えます。印加電流を増加させると、マイクロカテーテルの偏向角が増加し、電流の極性を反転させると、正の電流で観察されたときとは正反対の方向への偏向が生じるはずです。このビデオでは、ウォーターバス内におけるカテーテルの前後の偏向を示しています。50 mAおよび100 mAの電流を印加した結果、それぞれ一貫して10度および14.5度の偏向が認められました。正電流によりチップは前方平面に偏向し、負電流により後方平面に偏向します。ここでは、ウォーターバス内におけるカテーテルの左右の偏向を示しており、50 mAおよび100 mAの電流を印加した結果、それぞれ一貫して11.5度および17度の偏向が認められました。正電流を流すとチップは右平面に偏向し、負電流を流すとここに示すように左平面に偏向します。カテーテルの偏向とステアリングは血管内での操作を通じて制御可能です。コイル状のカテーテルチップにファントム電流を印加し、可視化におけるブルーミングを発生させています。カテーテルを機械的に進め、電流を印加して下側の血管分枝へ偏向させます。その後、電流の極性を反転させてカテーテルを後退させます。次にカテーテルを偏向させ、上側の血管分枝へと進めます。ここでは、分叉ファントム内におけるカテーテルの偏向を示しています。カテーテルに電流を流すことで、ファントムの左血管分枝への正確なターゲティングと進展が可能になります。次に、カテーテルを分岐点まで後退させ、右血管分枝へと誘導します。この手順に続き、開発後のカテーテルシステムのナビゲーション性能をさらに検証するため、MRIガイド下でより複雑な血管ファントムを用いてカテーテルの偏向操作を行うことができます。この技術は、神経インターベンショナル放射線学およびインターベンショナル放射線学の分野の研究者が、治療モダリティとしてのインターベンショナルMRIを探索するための道を開きました。このビデオを視聴することで、このマイクロコイルチップカテーテルシステムを用いて、どのように予測可能なカテーテルチップの偏向を生成できるかについて、十分に理解できるはずです。レーザーブレードの使用は極めて危険を伴うため、常に適切な保護具を着用することを忘れないでください。

magnetically-assisted-remote-controlled-microcatheter-tip-deflection

Research

JoVE Journal

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