Magnetisch-Assisted Remote Controlled microkatheter Tip Doorbuiging onder Magnetic Resonance Imaging

Summary

Wordt toegepast op een endovasculaire microkatheter met microcoil tip door laser draaibank lithografie kan bereiken bestuurbare doorbuiging onder magnetische resonantie (MR) leiding die snelheid en efficiëntie van navigatie van bloedvaten kan verbeteren tijdens verschillende endovasculaire procedures.

Abstract

X-ray fluoroscopie-geleide endovasculaire procedures hebben een aantal belangrijke beperkingen, met inbegrip van moeilijk katheter navigatie en gebruik van ioniserende straling, die mogelijk kunnen worden overwonnen met behulp van een magnetisch bestuurbare katheter onder MR begeleiding.

Het belangrijkste doel van dit werk is het ontwikkelen van een microkatheter waarvan tip kan op afstand worden bediend met behulp van het magnetisch veld van de MR-scanner. Dit protocol heeft tot doel de procedures voor de toepassing stroom naar de microcoil-tipped microkatheter om consistente en controleerbare doorbuiging te produceren.

Een microcoil werd vervaardigd met behulp van laser-draaibank lithografie op een polyimide-tipped endovasculaire katheter. In vitro testen werden uitgevoerd in een waterbad en schip fantoom onder begeleiding van een 1.5-T MR-systeem met behulp van de steady-state free precessie (SSFP) sequencing. Verschillende hoeveelheden stroom werden toegepast op de spoelen van de microkatheter te produceren measureable tip doorbuigingen en navigeren in vasculaire fantomen.

De ontwikkeling van dit apparaat biedt een platform voor toekomstige testen en kansen voor de endovasculaire interventie-MRI-omgeving revolutie.

Introduction

Endovasculaire procedures uitgevoerd in interventionele geneeskunde gebruikt x-ray begeleiding als een instrument voor catheter navigatie door vaatstelsel aan een aantal belangrijke ziekten, zoals hersenbloeding, ischemische beroerte, solide tumoren, atherosclerose en cardiale aritmieën gericht op meer dan een miljoen patiënten per jaar wereldwijd ^een te behandelen ^{- 5.} Met het gebruik van contrastmiddelen, wordt navigatie door de vasculatuur bereikt door handmatige rotatie van de katheter en mechanische opbouw door de interventionistische hand ^6. Echter navigatie door kronkelige kleine bloedvaten rond bochten veel vasculaire steeds moeilijker en verlengt de tijd voor het bereiken van de doelplaats. Dit vormt een probleem voor tijdgebonden procedures zoals het verwijderen van een klonter in een afgesloten bloedvat. Bovendien, langdurige procedures verhoging van de stralingsdosis en potentieel voor bijwerkingen ^7-11. Echter endovasculaire ingrepen onder magnetic resonance imaging kan dan uitkomst bieden.

De sterke homogene magneetveld van een MRI scanner kan zijn van katheterpunt navigatie door de afstandsbediening ^12,13. Wordt toegepast op een microcoil gelegen op een katheterpunt induceert een klein magnetisch moment, dat een koppel ervaart is uitgelijnd met de boring van de MRI scanner ¹³ (figuur 1). Als stroom wordt geactiveerd in een afzonderlijke spoel, kan de kathetertip worden afgebogen in een vlak op afstand. Indien drie spoelen bij een katheterpunt worden bekrachtigd, kan katheterpunt doorbuiging bereikt in driedimensionale. Zo magnetisch vergemakkelijkt besturing van een catheter heeft de potentie om de snelheid en effectiviteit van vasculaire navigatie in endovasculaire procedures, die afbreuk kunnen doen procedure tijden en verbeteren patiëntenoutcomes verhogen. In deze studie hebben we onderzocht of wordt toegepast op een microcoil-tip endovasculaire katheter betrouwbare en gecontroleerde deflections onder MR-begeleiding als voorbereidende tests van katheternavigatie studies.

Protocol

1. Microcoil Fabrication

1. Zorg voor een in de handel verkrijgbare microkatheter (bijv. 2.3F Rapid Transit Cordis Neurovasculaire Catheter, Raynham, MA) voor een substraat.
2. Zorg ervoor dat katheters hebben geen ferro-componenten, worden beschouwd als MR-veilig, en variëren in grootte 2,3-3.0 F.
3. Spatten titanium hechtlaag gevolgd door een koperen kiemlaag tot 1 à 2 mm OD isolatiebuis. Mogelijke materialen zijn onder meer polyimide of alumina (ORtech Advanced Ceramics, Sacramento, CA).
4. Galvanische positieve fotolaklaag met Shipley PEPR-2400 (momenteel verkocht door Dow Chemical onder de naam Intervia 3D-P). Elektrodepositie resulteert in een uniforme coating op het niet-vlakke cilindrische oppervlak.
5. Fotolak wordt belicht door een unieke laser direct-write systeem (laser draaibank, zonder commercieel systeem ontwikkeld Lawrence Livermore National Laboratory) in het patroon van de gewenste spoelvorm (Figuur 2A). Dit is een aanpastie van de techniek oorspronkelijk beschreven in Malba et al. ^14.
6. Ontwikkelen de belichte fotolak in een 1% oplossing van kaliumcarbonaat bij 35 ° C.
7. Gegalvaniseerde koper door de resterende resistmasker de gewenste spoel te vormen. Het systeem kan fabriceren zowel solenoïde en Helmholtz (circuit) koper patronen (figuur 2C en 2D).
8. Na koper elektrodepositie, verwijdert u de weerstand met warme ontwikkelaar. Verwijder de koperen basislaag, gevolgd door titanium hechtlaag.
9. Bevestig de isolerende buis aan de kathetertip met behulp van krimpfolie om de montage te voltooien. Zorg ervoor dat de shrink wrap de hele opgerolde tip dekt. Voor meerassige catheters monteren plaatsen isolatiebuis structuren in elkaar zoals getoond in figuur 2E.
10. Koperdraden draad door het lumen van de microkatheter en soldeer op de spoelen aan het uiteinde.
11. Wijzigen en verkorten van een 6 ft RJ11 telefoonkabel to 3 m lang.
12. Sluit de koperen draden die uit de back-end-hub van de microkatheter om de gewijzigde 3 ft telefoonaansluiting transmissielijn.

2. Waterbad instellen

1. Een gaatje in het midden van de zijkant van een plastic bak ongeveer 5 cm van de bodem.
2. Plaats een 9F Avanti Cordis vasculaire schede (Cordis Endovasculaire, Miami Lakes, FL) door het gat.
3. Snijd de distale tip van de vasculaire mantel waardoor een 4 cm lang stuk zich in het bekken.
4. Aan het eind van de mantel, voeg een roterende hemostatische of Thuoy-Borst klep om de locatie van de microkatheter stabiliseren.
5. Vul de bak met gedestilleerd water zorgen voor volledige onderdompeling van het apparaat.
6. Plaats de katheter met opgerolde tip door de vasculaire schede en klep.
7. Meet en noteer de ongebreidelde lengte van de microkatheter uitstrekt vanaf de klep naar het waterbad.
8. Plaats het waterbad met microkathetersysteem in de magneet van het MR scanner en oriënteren ten opzichte van de boring van de magneet.
9. Sluit de gewijzigde 3 ft telefoonkabel aangesloten op de katheter om een ​​25 ft RJ11 telefoonkabel transmissielijn met behulp van een 2-weg telefoonaansluiting.
10. Het andere uiteinde van de 25 ft telefoonkabel een Lambda LPD-422A-FM dual geregelde voeding waardoor hij tot 1 A van stroom naar het apparaat.
11. Plaats de transmissielijnen via een golfgeleider en de stroombron buiten de MR scanner kamer buiten de lijn 5 Gauss.

3. Schip Phantom Setup

1. Construeer een hol vat fantoom met een Y-vormige kruising van rubber slangen voor experimenten.
2. Vul het vat fantoom met een 0,0102 M oplossing van gadopentetaat dimeglumine (GdDTPA) (Magnevist, Bayer Healthcare Pharmaceuticals, Montville, New Jersey) in gedestilleerd water om het contrast tussen het fantoom schepen en achtergrond te creëren.
3. Monteer de microcatheter systeem zoals beschreven in stappen 1.1 tot en met 1.9. Sluit de catheter op de voeding en positie zoals beschreven in stap 2,9 tot 2,11.
4. Plaats de tip van de microkatheter bij de basis van de tankopening.
5. Plaats de fantoom in de magneet van het MR scanner en oriënteren ten opzichte van de boring van de magneet.

4. Magnetic Resonance Imaging

1. Voer beeldvorming met een 1.5T klinische MR-systeem (Siemens Avanto, SW: syngo B13, Erlangen, Duitsland; Philips Achieva, SW-versie 2.1, Cleveland, OH).
2. Toepassen <50 mA van stroom aan de katheterpunt positie visualiseren. Onder MRI, een klein magnetisch moment worden geproduceerd in de katheterpunt een onderscheiden artefact van verschillende vorm, afhankelijk van welke spoelen worden bekrachtigd visualiseren.
3. Toepassing variabele hoeveelheden in het bereik van ± 100 mA van de Lambda dubbele voeding naar de spoelen en observeer tip vervorming (figuren 3A-3C) in het water bae setup. Omdat tip doorbuiging bijna onmiddellijk, huidige behoeven uitsluitend te worden toegepast voor ~ 1-2 seconden naar maximale doorbuiging te visualiseren.
4. Herhalen en neemt achtereenvolgende toepassingen van vaste bedragen van de huidige.
5. Herhaal stap 4,2, terwijl gelijktijdig de catheter met de hand mogelijk mechanische opbouw door het vat fantoom (figuren 4A en 4B). Gebruik de huidige in het kantoor wijzen op de kathetertip buigen in de gewenste vat. De katheter in de tak vaartuig handmatig duwen het cathetereinde (Figuur 4C). Trek de catheter aan het vat bifurcatie en herhaal in tegengestelde tak (figuur 4D).
6. Acquire MR-beelden met behulp van een 2D snapshot-FLASH-sequentie (TR = 30 msec, TE = 1,4 msec, een matrix van 256 x128 en flip hoek ~ 30 °).

5. Doorbuiging Afmetingen

Analyseren en meten van hoek verlegging van beelden die tijdenswaterbad experimenten met verschillende computertoepassingen (elke Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) Viewer).

Results

Van de hierboven beschreven protocol, een afbuighoek tussen 0 en 90 graden worden waargenomen bij toepassing van 50-300 mA stroom gelijktijdig geleverd aan beide spoelen van een gecombineerde spoel en Helmholtz spoel microkatheter (figuur 2E). Een toename van aangelegde stroom moeten leiden tot een toename van microkatheter afbuighoek, terwijl een omkering van polariteit stroom moet in deflectie resulteren in de tegenovergestelde richting als waargenomen met positieve stroom (figuren 5A-5C).

Discussion

Hier beschrijven we het protocol voor afbuiging van een microkatheter in een MR-scanner. De belangrijkste parameters voor succes zijn nauwkeurige toepassing van de huidige en de meting van afbuighoek. Onnauwkeurige meting van afbuighoek is de meest waarschijnlijke fout is opgetreden in dit protocol. De hoeken opgenomen in MR beelden in het waterbad experiment verschillen van de werkelijke waarden door kleine verschillen in de oriëntatie die het medium wordt gepositioneerd ten opzichte van de boring van de magneet. Om di...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
GdDTPA Contrast Media (Magnevist)	Bayer HealthCare Pharmaceuticals Inc.	1240340	McKesson Materiaalnummer
Positieve fotoresist	Shipley	N/A	PEPR-2400, Vervanging: Dow Chemicals Intervia 3D-P
Kopersulfaat	ScienceLab	SLC3778	Kristalvorm
Zwavelzuur	ScienceLab	SLS1573	50% w/w oplossing
Paraffinewas	Carolina	879190
Kaliumcarbonaat	Acros Organics	424081000