Afstandsbediening Magnetische Navigation voor Nauwkeurige, Real-time Catheter Positionering en Ablation in hartelektrofysiologie Procedures
21 april 2013
Dit rapport geeft een gedetailleerde beschrijving van een nieuwe afstandsbediening navigatiesysteem gebaseerd op magnetisch gestuurde krachten, die onlangs geïntroduceerd als een nieuw robotwerktuig voor menselijke cardiale elektrofysiologie procedures.
Dit protocol maakt gebruik van een nieuw remote navigatiesysteem op basis van magnetische aandrijvingskrachten, dat onlangs is geïntroduceerd als een nieuw robotisch instrument voor menselijke cardiale elektrofysiologische procedures. Dit wordt bereikt door de patiënt eerst op de operatietafel te positioneren, waarbij het medisch personeel toegang verkrijgt tot de rechter- en linkerfemorale as en katheters handmatig in de hartkamers worden geplaatst. Een systeem op basis van acht spoelkern-elektromagneten genereert een dynamisch magnetisch veld, waardoor remote navigatie van zeer flexibele gemagnetiseerde katheters mogelijk is door snelle veranderingen in de sterkte van het magnetische veld.
Een gemagnetiseerde katheter wordt in de hartkamers ingebracht voor 3D-geometrische reconstructie met behulp van een elektro-anatomisch mappingsysteem. Vervolgens wordt het aritmiecircuit gekarakteriseerd middels remote navigatie en elektrofysiologische manoeuvres, zoals entrainment-mapping. Ten slotte tonen de resultaten een succesvolle remote radiofrequente afgifte op de doelplaats die tijdens de mappingstap is gelokaliseerd.
Er zijn nieuwe systemen voor remote navigatie ontwikkeld om de navigatie te vergemakkelijken en de stabiliteit te verhogen wanneer de operator zich niet bij de patiëntentafel bevindt. De eerste generatie van deze systemen kent echter verschillende beperkingen. Een onlangs ontwikkeld katheter-navigatiesysteem maakt gebruik van acht elektromagneten die rond de romp van de patiënt zijn geplaatst.
Dit maakt een snelle, bijna real-time beweging van de cathetertip mogelijk op basis van snelle dynamische veranderingen in de magnetische velden die door deze elektromagneten worden gegenereerd. Het catheterbegeleidings-, controle- en imagingsysteem (CGCI) maakt gebruik van krachtige elektromagneten om een zeer wendbaar magnetisch veld te produceren binnen een effectief controlegebied, geoptimaliseerd om het magnetische veld bijna volledig te focussen en te bevatten binnen de magnetische kamer. Het systeem produceert geen magnetisch veld wanneer het zich niet in de magnetische geleidingsmodus bevindt.
De magnetische veldgeneratoren leveren het koppel en de kracht voor het bewegen, positioneren en sturen van de punt van een katheter die is uitgerust met een permanente magneetpellet die aan deze punt is bevestigd. Het robotische systeem omvat een bedieningsconsole, de CGCI-controllercomputer en een gemotoriseerd lineair mechanisme voor het voeren van de katheter. Het systeem maakt gebruik van een standaard joystick met drie assen, die wordt gebruikt om het magnetische veld te roteren en de katheter handmatig naar voren te bewegen of terug te trekken.
Een 3D-controller wordt gebruikt om de katheter in elke schermgeoriënteerde richting te duwen. De röntgen C-boog kan worden gedraaid of uitgeschoven via de röntgendialoog op de bedieningsconsole. De bedieningsconsole integreert de weergave van het CGCI-systeem binnen het NEX EP-registratiesysteem, intracardiale echografie en röntgenbeelden.
Het maakt directe bediening van het interne Navi-systeem en het EP-registratiesysteem via toetsenbord en muis mogelijk. Meestal wordt het centrale scherm gebruikt voor het interne scherm en de CECI-overlay-graphics. De patiënt wordt buiten de magneetkamer voorbereid.
Medisch personeel verkrijgt toegang tot de rechter- en linkerfemorale vene onder plaatselijke verdoving voor procedures bij atriumflutter links. Een decap, een colar en een schroefkatheter worden in eerste instantie respectievelijk in de sinus coronarius en in het septum van het rechteratrium geplaatst. Een intracardiale echografieprobe wordt tevens in het rechteratrium geplaatst.
Vervolgens wordt de conventionele analyse van het aritmie-mechanisme uitgevoerd. Zodra het mechanisme van linker atriumflutter is bevestigd, wordt de transseptale as naar het linker atrium bereikt met behulp van een transseptale sheath en continue monitoring van de positie.
Een multipolaire katheter wordt eveneens via de transseptale punctie in het linker atrium geplaatst. Gebruik voor navigatie op afstand een magnetische ablatiekatheter met elektroden die via een speciale sheath wordt ingebracht. Het gemotoriseerde apparaat vergrendelt of ontgrendelt de katheters.
Het apparaat bestaat uit een steriliseerbare wielaandrijving-tandwielkast en een motorbasis. Het bevat daarnaast een wegwerpbare schedeklem en een beenbevestiging. De schede wordt in de klem gemonteerd en de katheter wordt in de schede ingebracht en handmatig in het linker atrium gevorderd, wat wordt bevestigd door het mappingsysteem en fluoroscopie.
Vervolgens wordt de katheterlijn tussen de rollers van de tandwielkast van de wielaandrijving geplaatst door de duimhendel naar achteren te trekken. De röntgen C-boog wordt naar de operationele positie in de magnetische kamer bewogen. De stabiele positie van de patiënt wordt nu naar voren gebracht om de Torx binnen het magnetische veld te lokaliseren.
Vervolgens verlaat de operator de operatiekamer en neemt de controle over vanaf de bedieningsconsole. De magnetische katheter en de speciale sheath met elektroden worden nu op het centrale scherm weergegeven; alle CGCI- en inside Navi-bedieningsfuncties zijn beschikbaar op de CGCI-bedieningsconsole. De operator gebruikt een driassige joystick met de linkerhand om de hoeveelheid katheterslak te regelen.
Een rechterhand. Een 3D-controller wordt gebruikt om de katheter naar een specifieke locatie in het linker atrium te sturen door de richting van het magnetische veld te wijzigen. De gele magnetische pijl geeft de richting van het magnetische veld aan.
Een magnetisch icoon geeft de waarden van het spoelvermogen weer als kleuren. Groen duidt op een sterk positief veld en rood duidt op een sterk negatief veld. Vervolgens 3D.
De geometrie wordt opgebouwd door de katheter op afstand te bewegen binnen het linker atrium en de longaders, activatiespanning en de eerste krachtafstand. Intervalkaarten worden gegenereerd om het herhaalde circuit te karakteriseren. Ablatiedoelen worden geïdentificeerd en gelokaliseerd op de 3D-geometrie. In de modus voor automatische magnetische geleiding kan de operator de katheter automatisch naar een specifiek doel leiden door dubbel te klikken op een intern label.
Dit is een essentiële functie voor het creëren van remote en automatische ablatielijnen. In de automatische modus toont het systeem een dialoogvenster voor het targeten. Hierin worden de beoogde targetbereikstijd en de status van de targetzoekopdracht aangegeven.
Handmatige interventie bij een automatische zoekprocedure is mogelijk door de joystick of 3D-controller te gebruiken om de aritmie te beëindigen. Radiofrequentie-energie wordt afgegeven op een specifiek locatie-niveau als doelpunt; of dit nu handmatig of automatisch gestuurd gebeurt, de aritmie stopt en het sinusritme wordt hersteld zodra het reentry-circuit wordt onderbroken. Re-inductie door middel van snelle atriale pacing bevestigt de eliminatie van de aritmie.
De procedure wordt beëindigd na het verwijderen van de katheters, het verwarmen en het comprimeren van de punctieplaatsen voor hemostase. Dit op elektromagnetisme gebaseerde systeem maakt een snelle, reproduceerbare navigatie mogelijk en een nauwkeurige en stabiele katheterpositie op geselecteerde doelen binnen de hartkamers. Deze fixaties zijn belangrijk bij het creëren van transmurale laesies en om de katheter naar anatomisch moeilijk bereikbare plaatsen te leiden, vooral bij een gebrek aan uitgebreide ervaring met handmatige katheterisatie.
Dit kan leiden tot effectievere en veiligere ablatieprocedures.
Overzicht
Dit verslag beschrijft een nieuw remote navigatiesysteem dat gebruikmaakt van magnetische aandrijvingskrachten, ontworpen als een robotisch instrument voor cardiale elektrofysiologische procedures.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Cardiale elektrofysiologie
- Robotische navigatiesystemen
- Toepassingen van magnetische velden
Achtergrond
- Traditionele methoden voor catheternavigatie kennen beperkingen.
- Magnetische navigatiesystemen verbeteren de stabiliteit en controle.
- Elektromagnetische velden kunnen flexibele catheters effectief geleiden.
- Recente ontwikkelingen hebben de technologie voor cathetergeleiding verbeterd.
Doel van de studie
- Om een nieuw robotisch instrument voor cardiale procedures te introduceren.
- Om de precisie van de katheternavigatie te verbeteren.
- Om de effectiviteit van een magnetisch navigatiesysteem te evalueren.
Gebruikte methoden
- Positionering van katheters in de hartkamers.
- Gebruik van een elektromagnetisch systeem met acht spoelen.
- 3D-geometrische reconstructie met behulp van elektro-anatomische mapping.
- Afstandsnavigatie en elektrofysiologische manoeuvres voor de karakterisering van aritmieën.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle aflevering van radiofrequente energie op de doellocaties.
- Verbeterde stabiliteit en controle tijdens de navigatie van de katheter.
- Geautomatiseerde magnetische geleiding verbeterde de efficiëntie van het targeten.
- Effectieve karakterisering van aritmiecircuits.
Conclusies
- Het nieuwe navigatiesysteem is veelbelovend voor cardiale procedures.
- Magnetische geleiding kan de manoeuvreerbaarheid van de katheter verbeteren.
- Verdere ontwikkelingen kunnen de beperkingen van eerdere systemen aanpakken.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Toppositie
Systemen voor op afstand bediende magnetische navigatie pakken kritieke uitdagingen in de cardiale elektrofysiologie aan door een nauwkeurige, stabiele katheterpositionering voor ablatieprocedures mogelijk te maken. Deze technologie ondersteunt de validatie van doelen in complexe aritmie-substraten via real-time closed-loop besturing, waardoor procedurele variabiliteit wordt verminderd en de reproduceerbaarheid wordt verbeterd. Door de nauwkeurigheid van laesies te verhogen en de operator onafhankelijk te maken van de tafel, draagt het bij aan mechanische risicoreductie in vroege translationele studies naar cardiale therapieën.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het onderzoeken van aritmigene substraten mogelijk door middel van nauwkeurige, stabiele katheterpositionering voor mapping en ablatie.
- Operationele waarde: Vermindert de afhankelijkheid van handmatige behendigheid, waardoor de katheternavigatie wordt gestandaardiseerd over verschillende operators en laboratoria.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de voorbereiding van gevalideerde 3D anatomische reconstructies voor daaropvolgende elektrofysiologische beoordeling.
- Operationele waarde: Ondersteunt het genereren van reproduceerbare geometrieën met een hoge getrouwheid, wat essentieel is voor consistent testen van verbindingen of apparaten.
Translationeel & preklinisch onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door betrouwbare targeting van aritmiecircuits in ziekterelevante modellen mogelijk te maken.
- Operationele waarde: Biedt een herbruikbaar platform voor longitudinale studies die herhaalde, precieze kathetertoegang tot de hartkamers vereisen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het systeem integreert in de workflow voor onderzoek naar cardiale elektrofysiologie, ondersteunt het testen van hypothesen via aritmiekarakterisering en maakt een betrouwbare toediening van interventies op in kaart gebrachte doelgebieden mogelijk.
- Discovery Biology: Ondersteunt de verduidelijking van pathways en mechanische risicoreductie door precieze elektrofysiologische mapping en ablatie van geïdentificeerde substraten mogelijk te maken.
- Screening: Verbetert de assay-gereedheid door stabiele, reproduceerbare katheterpositionering voor consistente elektrische metingen.
- Analytics: Maakt kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen mogelijk, zoals activatiespanning, intervalafstand en de vorming van ablatielaesies.
- Translationeel onderzoek: Verbindt vroege ontdekking met preklinische continuïteit door targets te valideren in modellen die menselijke aritmie-substraten nabootsen.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een gedeelde capaciteit over elektrofysiologische laboratoria, waardoor redundantie in de navigatie-infrastructuur wordt verminderd.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende zekerheid bij de lokalisatie van het doelgebied, vermindering van mechanische ambiguïteit bij de karakterisering van aritmieën.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van katheternavigatie tussen verschillende locaties en studies.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go beslissingen bij de validatie van doelgebieden, kapitaalefficiëntie door vermindering van procedurele fouten en een verlaagd biologisch risico bij translationele progressie.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van cardiale doelgebieden op basis van reproduceerbare ablatie-uitkomsten en de duurzaamheid van laesies.
Overwegingen bij de implementatie
- Expertise in cardiale elektrofysiologie, magnetische veldveiligheid en systeemspecifieke softwarebediening.
- Instrumentatie inclusief acht spoelkern-elektromagneten, gemotoriseerde kathetervoering en geïntegreerde beeldvorming (fluoroscopie, echografie, elektro-anatomische mapping).
- Cross-team standaardisatie van navigatieprotocollen, veiligheidsdrempels en targeting-workflows tussen teams voor elektrofysiologie, engineering en beeldvorming.
- Aanpassingsfactoren voor variërende cardiale anatomieën, kathetertypes en aritmiesubstraten in preklinische en klinische modellen.
- Praktische beperkingen omvatten de noodzaak van ferromagnetisch veilige omgevingen, potentiële veldinterferentie met metalen implantaten en gespecialiseerde training voor console-gebaseerde bediening op afstand.
