Magnetycznie wspomagane, zdalnie sterowane ugięcie końcówki mikrocewnika w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego
4 kwietnia 2013
Prąd stosowany do wewnątrznaczyniowego mikrocewnika z końcówką mikrocewki wykonaną za pomocą litografii tokarki laserowej może osiągać kontrolowane odchylenia pod kontrolą rezonansu magnetycznego (MR), co może poprawić szybkość i skuteczność nawigacji naczyń krwionośnych podczas różnych zabiegów wewnątrznaczyniowych.
Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest opracowanie i przetestowanie systemu kontroli w celu poprawy sterowania cewnikami wewnątrznaczyniowymi w interwencyjnym rezonansie magnetycznym. Osiąga się to poprzez wytwarzanie mikrocewników z maleńkimi elektromagnesami na ich końcach jako drugi krok. Mikrocewniki są podłączone do specjalnie zbudowanego systemu sterowania do zdalnie sterowanej nawigacji.
Następnie mikrocewniki są sterowane w kąpielach wodnych i nawigowane w fantomach, które symulują warunki w naczyniach krwionośnych pacjentów. Wyniki eksperymentów w kąpieli wodnej pokazują przewidywalne odchylenia końcówki cewnika w oparciu o ilość i polaryzację prądu elektrycznego przyłożonego do mikrocewek sterujących. Udana nawigacja w fantomach statków świadczy o zdolności sterowania cewnikiem.
Główną zaletą nawigacji sterowanej rezonansem magnetycznym w porównaniu z konwencjonalną nawigacją wewnątrznaczyniową za pomocą promieniowania rentgenowskiego jest to, że rezonans magnetyczny dostarcza interwencjonistom ważnych informacji, takich jak informacje o perfuzji i dyfuzji, w czasie rzeczywistym, pomagając w ten sposób w podejmowaniu najlepszych możliwych decyzji wewnątrzzabiegowych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie interwencyjnego rezonansu magnetycznego, takie jak to, czy możliwość zdalnego sterowania końcówką cewnika może poprawić skuteczność obecnych procedur interwencyjnego rezonansu magnetycznego, Jednym z aniołów technologii jest dalszy rozwój rezonansu magnetycznego M jako metody terapeutycznej. Potencjalne zastosowania obejmują wewnątrznaczyniowe leczenie udaru mózgu, guza i arytmii serca.
Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności, ponieważ jest to bardzo unikalne podejście do poradnictwa interwencyjnego. Aby rozpocząć produkcję mikrocewek, należy zaopatrzyć się w dostępny na rynku mikrocewnik do podłoża. Upewnij się, że cewniki nie mają komponentów Ferris, które są uważane za rezonans magnetyczny lub mr.Safe
i mają rozmiar od 2,3 do 3,0 francuskiego. Użyj systemu napylania, aby nałożyć warstwę ziarna miedzi na rurkę izolacyjną z poliamidu lub Illumina o średnicy zewnętrznej od jednego do dwóch milimetrów. Zastosowanie fotorezystu i modelowanie miedzi zgodnie z opisem w protokole tekstowym pozwala na wytwarzanie zarówno wzorów elektromagnetycznych, jak i miedzianych sterów Holta.
Postępuj zgodnie z instrukcjami montażu zawartymi w protokole tekstowym, aby dodać rurkę izolacyjną do końcówki mikrocewnika z folią termokurczliwą i włożyć drut miedziany. Po podłączeniu przewodów mikrocewki do zmodyfikowanej linii transmisyjnej z gniazdem telefonicznym o długości trzech stóp, produkcja mikrocewki jest zakończona do testów in vitro mikrocewki w kąpieli wodnej. Najpierw zrób mały otwór pośrodku boku plastikowej umywalki około pięciu centymetrów od dna.
Włóż przez otwór 11 francuskich osłonek naczyniowych Avanti cordes. Przetnij dystalną końcówkę osłonki naczyniowej, pozostawiając czterocentymetrowy kawałek rozciągający się do miski. Na końcu osłony zamocuj obrotową zastawkę hemostatyczną lub dwie zastawki OR, aby ustabilizować położenie mikrocewnika.
Napełnij miskę wodą destylowaną, zapewniając całkowite zanurzenie urządzenia. Przełóż cewnik ze zwiniętą końcówką przez osłonkę naczyniową i zastawkę. Zmierzyć i zapisać nieograniczoną długość mikrocewnika rozciągającego się od zaworu do łaźni wodnej.
Umieść łaźnię wodną z systemem mikrocewnika w magnesie skanera MR i ustaw w kierunku otworu magnesu. Podłącz zmodyfikowany telefoniczny o długości trzech stóp przymocowany do cewnika do linii transmisyjnej telefonicznego RJ 11 o długości 25 stóp za pomocą dwukierunkowego gniazda telefonicznego. Następnie przełóż linie transmisyjne przez falowód.
Teraz podłącz drugi koniec telefonicznego o długości 25 stóp do podwójnie regulowanego zasilacza, aby dostarczyć do jednego ampera prądu do urządzenia, a następnie umieść źródło zasilania na zewnątrz skanera MR. Poza linią pięciu gaussów. Wykonaj obrazowanie za pomocą klinicznego systemu MR o natężeniu 1,5 Tesli.
Zastosuj prąd o natężeniu mniejszym niż 50 miliamperów, aby uwidocznić położenie końcówki cewnika pod rezonansem magnetycznym. Na końcówce cewnika zostanie wytworzony mały moment magnetyczny, aby uwidocznić wyraźny artefakt o zmiennym kształcie w zależności od tego, które cewki są zasilane. Przykładaj zmienne ilości prądu w zakresie plus minus 100 miliamperów z podwójnego źródła zasilania Lambda do cewek i obserwuj ugięcie końcówki w konfiguracji kąpieli wodnej, ponieważ ugięcie końcówki jest prawie natychmiastowe, prąd musi być przyłożony tylko przez około jedną do dwóch sekund.
Aby zobrazować maksymalne ugięcie, powtórz i zapisz kolejne aplikacje określonych ilości prądu uzyskują MR. Korzystanie z sekwencji migawek 2D, które można znaleźć w tekście. Ostatnim krokiem jest analiza i pomiar odchyleń kątowych obrazów zarejestrowanych za pomocą różnych aplikacji komputerowych do testowania in vitro mikrocewki w konstrukcji fantomowej naczynia, fantomu pustego naczynia z przecięciem w kształcie litery Y z gumowej rurki. Przed przystąpieniem do eksperymentów należy napełnić fantom naczynia 0,0102 molowym roztworem środka kontrastowego gadolinu w wodzie destylowanej.
Aby stworzyć kontrast między naczyniami fantomowymi a tłem, zmontuj system mikrocewników. Podłącz cewnik do źródła zasilania i ustaw tak, jak pokazano wcześniej w filmie. Umieść końcówkę mikrocewnika u podstawy otworu naczynia.
Umieść fantom w magnesie skanera MR i zorientuj się w stosunku do otworu magnesu. Stosować tę samą procedurę rezonansu magnetycznego, co w przypadku kąpieli wodnej, z wyjątkiem jednoczesnego ręcznego popychania końca piasty cewnika, co pozwala na mechaniczne przesuwanie się przez fantom naczynia w punkcie rozgałęzienia naczynia. Zastosuj wystarczającą ilość prądu, aby pomyślnie odchylić końcówkę cewnika do pożądanego naczynia.
Wsuń końcówkę cewnika do tego naczynia, ręcznie popychając koniec cewnika. Cofnij końcówkę cewnika do rozwidlenia naczynia i powtórz w przeciwległym odgałęzieniu. Kąt odchylenia należy zaobserwować w zakresie od zera do 90 stopni przy zastosowaniu od 50 do 300 miliamperów prądu dostarczanego jednocześnie do obu cewek połączonego układu mikrocewnika z cewką elektromagnetyczną i cewką sterową.
Ugięcie końcówki cewnika można zaobserwować przy zastosowaniu prądu w tym miejscu. Kwitnący artefakt z cewki pod napięciem jest wyraźnie widoczny. Wzrost przyłożonego prądu powinien spowodować wzrost kąta odchylenia mikrocewnika, podczas gdy odwrócenie polaryzacji prądu powinno spowodować odchylenie w dokładnie przeciwnym kierunku, jak obserwowano w przypadku prądu dodatniego.
Ten film pokazuje ugięcie cewnika tylnego przedniego w zastosowaniach kąpieli wodnej o natężeniu 50 miliamperów i 100 miliamperów prądu, co spowodowało stałe odchylenia odpowiednio o 10 stopni i 14,5 stopnia. Prąd dodatni powoduje ugięcie końcówki w płaszczyźnie przedniej, a prąd ujemny powoduje ugięcie w płaszczyźnie tylnej. Pokazano tutaj odchylenie prawego lewego cewnika w kąpieli wodnej o natężeniu 50 miliamperów i 100 miliamperów prądu, co skutkowało stałymi odchyleniami odpowiednio o 11,5 stopnia i 17 stopni.
Prąd dodatni powoduje ugięcie końcówki w prawej płaszczyźnie, a prąd ujemny powoduje ugięcie w lewej płaszczyźnie, jak pokazano tutaj. Ugięcie cewnika i sterowanie nim może być kontrolowane przez naczynie. Prąd fantomowy jest przykładany do zwiniętej końcówki cewnika, powodując wizualizację kwitnienia.
Cewnik jest zaawansowany mechanicznie i doprowadzany jest prąd, który powoduje ugięcie w dolnej gałęzi naczynia. Cewnik jest następnie wciągany przez odwróconą polaryzację prądu. Cewnik jest odchylany i przesuwany do górnej gałęzi naczynia, ugięcie cewnika w fantomie bifurkacji pokazano tutaj.
Prąd przyłożony do cewnika pozwala na skuteczne namierzenie i przejście do lewej gałęzi naczynia fantomowego. Cewnik jest następnie cofany do punktu rozgałęzienia i kierowany do prawej gałęzi naczynia. Po tej procedurze odchylenie cewnika można wykonać w bardziej złożonych fantomach naczyń pod kontrolą MRI, aby dokładniej zbadać żeglowność systemu cewnika po jego opracowaniu.
Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się radiologią neurointerwencyjną i radiologią interwencyjną do zbadania interwencyjnego rezonansu magnetycznego jako metody terapeutycznej. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, w jaki sposób przewidywalne ugięcia końcówki cewnika są wytwarzane za pomocą tego systemu cewników z mikrocewką. Nie zapominaj, że praca z ostrzem laserowym może być niezwykle niebezpieczna i że przez cały czas należy nosić odpowiedni sprzęt ochronny.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie koncentruje się na opracowaniu systemu sterowania w celu usprawnionego kierowania cewnikami endowaskularnymi podczas interwencyjnych procedur MRI. Dzięki wykorzystaniu mikrocewników z elektromagnesami, badanie ma na celu poprawę efektywności nawigacji w środowisku naczyniowym.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Inżynieria biomedyczna
- Radiologia interwencyjna
Wprowadzenie
- Procedury endowaskularne wymagają precyzyjnego prowadzenia cewników.
- Obecne metody mogą być ograniczone pod względem kontroli i wydajności.
- Naprowadzanie za pomocą rezonansu magnetycznego stanowi potencjalne rozwiązanie w celu poprawy nawigacji.
- Sterowanie elektromagnetyczne może zwiększyć manewrowość cewnika.
Cel badania
- Opracowanie systemu sterowania dla nawigacji cewników endowaskularnych.
- Przetestowanie skuteczności mikrocewników z wykorzystaniem elektromagnesów.
- Ocena możliwości nawigacyjnych w symulowanych warunkach naczyniowych.
Zastosowane metody
- Wytwarzanie mikrocewników z miniaturowymi elektromagnesami.
- Opracowanie dedykowanego systemu sterowania do zdalnej nawigacji.
- Testy w kąpielach wodnych w celu oceny sterowalnych odgięć.
- Próby nawigacyjne w fantomach symulujących naczynia krwionośne.
Główne wyniki
- Przewidywalne odchylenia końcówki cewnika w zależności od prądu elektrycznego.
- Skuteczna nawigacja w fantomach naczyń wykazuje zdolność do sterowania.
- Wyniki wskazują na poprawę kontroli nad pozycjonowaniem cewnika.
- Przewodnictwo za pomocą rezonansu magnetycznego zwiększa skuteczność procedury.
Wnioski
- Opracowany system rokuje poprawę nawigacji cewnika.
- Sterowanie elektromagnetyczne może usprawnić procedury wewnątrznaczyniowe.
- Dalsze badania mogą zoptymalizować tę technologię pod kątem zastosowań klinicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Magnetycznie wspomagane zdalne sterowanie końcówkami mikrokateetrów pod kontrolą MRI rozwiązuje kluczowe ograniczenia nawigacji endowaskularnej, w tym trudności w prowadzeniu cewnika oraz ekspozycję na promieniowanie jonizujące. Technologia ta umożliwia wizualizację i kontrolę w czasie rzeczywistym, co wspiera lepsze podejmowanie decyzji w trakcie zabiegów neurointerwencyjnych i kardyologicznych. Dzięki zapewnieniu przewidywalnego odchylenia końcówki zależnego od natężenia prądu, system zwiększa precyzję celowania w złożonych anatomiach naczyniowych, redukując niepewność proceduralną i wspierając bezpieczne wprowadzanie cewnika w badaniach przedklinicznych i translacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących dostępu naczyniowego oraz wyjaśnienie szlaków poprzez precyzyjną, kontrolowaną nawigację cewnikiem w fantomach odpowiadających stanom chorobowym.
- Wartość operacyjna: Wspiera funkcjonalną walidację celów, umożliwiając powtarzalne dostarczanie czynników terapeutycznych do konkretnych obszarów naczyniowych pod kontrolą MRI.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Ułatwia przygotowanie zwalidowanych systemów biologicznych do dalszych etapów analizy poprzez zapewnienie spójnego i mierzalnego pozycjonowania cewnika w fantomach naczyniowych.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację i powtarzalność testów dzięki zależnym od prądu, mierzalnym odchyleniom końcówki, które są widoczne w sekwencjach MRI SSFP.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera dopasowanie biomarkerów translacyjnych poprzez umożliwienie monitorowania perfuzji i dyfuzji w czasie rzeczywistym podczas interwencji, co pozwala na mechanistyczną minimalizację ryzyka.
- Wartość operacyjna: Sprzyja zachowaniu ciągłości od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną, umożliwiając iteracyjne testowanie nawigacji w coraz bardziej złożonych fantomach naczyń pod kontrolą MRI.
Integracja potoków i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum procesów badawczych, od testowania hipotez we wczesnej fazie odkryć, przez identyfikację substancji wiodących, aż po walidację przedkliniczną, wspierając iteracyjne doskonalenie interwencji cewnikowych pod kontrolą MRI.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez umożliwienie precyzyjnej, zdalnie sterowanej nawigacji w fantomach naczyniowych w celu oceny dróg dostępu i efektów poza docelowych.
- Przesiewanie: Poprawia przygotowanie do analizy dzięki powtarzalnym, ilościowym pomiarom odchylenia końcówki na podstawie przyłożonego prądu, co umożliwia wiarygodną ocenę związków lub urządzeń.
- Analityka: Zapewnia mierzalne wyniki, w tym kąt odchylenia i kontrolę kierunkową, co pozwala zespołom porównywać skuteczność nawigacji w różnych warunkach i przy różnych polaryzacjach prądu.
- Badania translacyjne: Zapewniają ciągłość przedkliniczną poprzez umożliwienie wizualizacji w czasie rzeczywistym pozycji cewnika i interakcji naczyniowych, wspierając decyzje o posuwie skorygowane o analizę ryzyka.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do testowania sterowności cewników w wielu modelach chorób naczyniowych, redukując nadmiarowe wysiłki rozwojowe.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Przewidywalna pewność pozycjonowania cewnika, redukcja niejednoznaczności mechanistycznej w dostępie naczyniowym oraz usprawniona walidacja celu dzięki nawigacji sterowanej obrazowaniem MRI.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja protokołów ugięcia, powtarzalność odpowiedzi zależnych od prądu oraz skalowalność w obrębie modeli fantomowych i zakresów natężenia prądu.
- Wartość strategiczna: Poprawa decyzji typu go/no-go w rozwoju urządzeń, efektywność kapitałowa dzięki ograniczeniu błędów proceduralnych oraz zmniejszone biologiczne ryzyko na późnym etapie celowania naczyniowego.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację interwencji opartych na cewnikach z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o sterowność i precyzję naprowadzania pod kontrolą MRI.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie mikrofabrykacji, projektowania cewek elektromagnetycznych oraz protokołów bezpieczeństwa MRI.
- Wymaga dostępu do klinycznego systemu MR o indukcji pola 1,5 T lub wyższej, z możliwością stosowania sekwencji SSFP oraz ekranowanymi liniami transmisyjnymi RF.
- Wymaga standaryzacji działań między zespołami inżynierów biomedycznych, radiologów i lekarzy interwencyjnych w celu zapewnienia spójności w aplikacji prądu i pomiarach odchylenia.
- Obejmuje kwestie adaptacyjne w zależności od różnych rozmiarów cewników, geometrii cewek oraz stopnia złożoności fantomów naczyniowych.
- Obejmuje ograniczenia praktyczne, takie jak zakresy natężenia prądu (+/- 300 mA), limity kąta odchylenia (0-90 stopni) oraz zależność od widoczności artefaktów blooming w obrazowaniu MRI.
