Magnetisch-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Durchbiegung unter Magnetic Resonance Imaging

Zusammenfassung

Strom, der an einer endovaskulären Mikrokatheter mit Mikrospule Spitze durch Laserschweißen Drehmaschine Lithographie hergestellt werden steuerbaren Verformungen unter Magnetresonanz (MR)-Führung, die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Navigation des Gefäßsystem während verschiedener endovaskulären Verfahren kann verbessert erreichen.

Zusammenfassung

Röntgendurchleuchtung-geführte endovaskuläre Verfahren haben mehrere erhebliche Beschränkungen, auch schwierige Katheter Navigation und Verwendung von ionisierender Strahlung, die möglicherweise überwunden werden können mit einem magnetisch steuerbaren Katheter unter MR-Steuerung werden.

Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, einen Mikrokatheter deren Spitze ferngesteuert werden mit dem Magnetfeld des MR-Scanner zu entwickeln. Dieses Protokoll zielt darauf ab, die Verfahren für die Bestromung der Mikrospule Spitze Mikrokatheter, um konsistente und kontrollierbare Ausschläge erzeugen beschreiben.

Ein Mikrospule wurde hergestellt unter Verwendung eines Lasers auf eine Drehmaschine Lithographie Polyimid-bestückte endovaskulären Katheters. In vitro Testung wurde in einem Wasserbad und Gefäß Phantom unter Anleitung eines 1,5-T MR-System mit stationären freier Präzession (SSFP) Sequenzierung durchgeführt. Verschiedene Strommengen wurden den Spulen des Mikrokatheters angewendet mea produzierensureable Spitze Umlenkungen und navigieren Sie in der vaskulären Phantome.

Die Entwicklung dieses Gerätes bietet eine Plattform für zukünftige Tests und Gelegenheit zu endovaskulären interventionellen MRI-Umgebung zu revolutionieren.

Einleitung

Endovaskuläre Eingriffe in der interventionellen Medizin Verwendung x-ray Führung als Werkzeug für Katheter Navigation durch das Gefäßsystem zu mehreren wichtigen Krankheiten wie Gehirn-Aneurysma, ischämischer Schlaganfall, soliden Tumoren, Arteriosklerose und Herzrhythmusstörungen Targeting über eine Million Patienten pro Jahr weltweit ¹ Behandlung durchgeführt ^{- 5.} Mit der Verwendung von Kontrastmitteln, wird die Navigation durch das Gefäßsystem durch manuelle Drehung des Katheters und durch den mechanischen Vorschub interventionistischen Hand ⁶ gelöst. Jedoch wird die Navigation durch kleine gewundene Blutgefäße um viele Biegungen vaskulären zunehmend schwierig, Verlängern der Zeit vor Erreichen des Zielortes. Dies stellt ein Problem für zeitkritische Verfahren wie die Entfernung eines Gerinnsels in einer verstopften Blutgefäßes. Zusätzlich erhöhen das Verfahren verlängert die Strahlendosis und schaffen das Potenzial für Nebenwirkungen ^7-11. Allerdings endovaskuläre Eingriffe unter Magneti durchgeführtc-Resonanz-Tomographie kann eine Lösung bieten.

Die starke homogenes Magnetfeld eines MRI-Scanners kann Katheterspitze Navigation durch Fernsteuerung ^12,13 ausnutzen. Strom, der an einer Mikrowendel bei einer Katheterspitze befindet induziert eine kleine magnetische Moment, das ein Drehmoment erfährt, wie es mit der Bohrung des MRI Scanner ¹³ (Figur 1) ausgerichtet ist. Wenn elektrischer Strom in einer einzelnen Spule aktiviert ist, kann die Katheterspitze in einer Ebene durch Fernsteuerung abgelenkt werden. Wenn drei Spulen bei einer Katheterspitze erregt sind, können Katheterspitze Auslenkung in drei Dimensionen erreicht werden. Somit weist magnetisch erleichtert Lenken eines Katheters des Potentials, um die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der vaskulären Navigation in endovaskuläre Verfahren, die Prozedur zu verkürzen könnte Patienten zu verbessern und zu erhöhen. In dieser Studie untersuchten wir, ob Strom, der an einer Mikrowendel-bestückte endovaskulären Katheter zuverlässig und kontrolliert deflecti produzieren kannons unter MR-Leitlinien Vorprüfung des Katheters Navigation Studien.

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Protokoll

Ein. Mikrospule Fabrication

1. Erhalt eines handelsüblichen Mikrokatheter (zB 2.3F Rapid Transit Cordis Neurovaskuläre Katheter, Raynham, MA) für ein Substrat.
2. Stellen Sie sicher, Kathetern haben keine Eisen-Komponenten werden als MR-Safe und liegen in der Größenordnung von 2,3 bis 3,0 F.
3. Sputter eine Titanhaftschicht durch eine Kupferkeimschicht zu einer 1 bis 2 mm OD Isolierrohr gefolgt. Mögliche Materialien sind Polyimid oder Aluminiumoxid (Ortech Advanced Ceramics, Sacramento, CA).
4. Elektrolytisch eine positive Photoresistschicht unter Verwendung Shipleys PEPR-2400 (derzeit von DOW Chemical unter der Bezeichnung Intervia 3D-P verkauft). Elektrotauchlackier ergibt sich eine gleichmäßige Beschichtung auf der nicht-planaren Zylinderfläche.
5. Fotolack wird durch eine einzigartige Laser-Direkt-write (Laser Drehmaschine, eine nicht-kommerzielle System am Lawrence Livermore National Laboratory entwickelt wurde) in dem Muster des gewünschten Spulenform (2A) ausgesetzt. Dies ist eine Modifikationtion der Technik ursprünglich in Malba et al. ¹⁴
6. Entwickeln des belichteten Photoresists in einer 1% igen Lösung von Kaliumcarbonat bei 35 ° C.
7. Kupfer wird durch die verbleibende Resistmaske elektroplattiert, um das gewünschte Wicklung zu bilden. Das System kann herzustellen sowohl Magnet-und Helmholtz (Rennstrecke) Kupfer Muster (2C und 2D).
8. Nach Kupfer Elektroabscheidung, entfernen Sie das mit heißem Entwickler widerstehen. Entfernen Sie die Kupferkeimschicht durch die Titanhaftschicht gefolgt.
9. Befestigen Sie den Isolierschlauch der Katheterspitze mit Schrumpffolie, um die Montage zu vervollständigen. Stellen Sie sicher, dass die Schrumpffolie die gesamte coiled Spitze abdeckt. Zu mehrachsigen Kathetern zusammenzubauen platzieren Isolierrohr Strukturen ineinander wie in 2E gezeigt.
10. Faden Kupferdrähte durch das Lumen des Mikrokatheters und Lot zu den Spulen an der Spitze.
11. Ändern und verkürzen 6 ft RJ11 Telefonkabel to 3 m Länge.
12. Verbinden der Kupferdrähte, die aus dem hinteren Ende des Mikrokatheters Nabe zu dem modifizierten 3 ft Telefonbuchse Übertragungsleitung.

2. Wasserbad-Setup

1. Ein kleines Loch in der Mitte der Seite einer Kunststoffwanne etwa 5 cm von der Unterseite.
2. Legen Sie eine 9F Avanti Cordis Gefäßscheide (Cordis Endovascular, Miami Lakes, FL) durch das Loch.
3. Schneiden die distale Spitze des Gefäßscheide Verlassen einer 4 cm langes Stück der sich in dem Becken.
4. Am Ende der Hülle, befestigen eines rotierenden oder hämostatischen Thuoy-Borst-Ventil, um den Ort des Mikrokatheters stabilisieren.
5. Füllen Sie das Becken mit destilliertem Wasser gewährleistet vollständiges Untertauchen des Geräts.
6. Legen Sie den Katheter mit coiled Spitze durch die Gefäßscheide und Ventil.
7. Messen und notieren die hemmungslose Länge der Mikrokatheter sich von dem Ventil in dem Wasserbad.
8. Legen Sie das Wasserbad mit MikroKathetersystem innerhalb des Magneten der MR-Scanner und zu orientieren bezüglich der Bohrung des Magneten.
9. Schließen Sie die geänderte 3 ft Telefonkabel an den Katheter zu einem 25 ft RJ11 Telefonkabel Übertragungsleitung mit einem 2-Wege-Klinkenbuchse.
10. Schließen Sie das andere Ende des 25 ft Telefonkabel zu einem Lambda LPD-422A-FM-Doppeltuner geregelte Stromversorgung zu liefern bis zu 1 A Strom an das Gerät.
11. Platzieren Sie die Übertragungsleitungen durch einen Wellenleiter und der Stromquelle außerhalb des MR-Scanners Raum außerhalb des 5 Gauss-Linie.

3. Schiff Phantom-Setup

1. Konstruieren Sie eine hohles Gefäß Phantom mit einem Y-förmigen Kreuzung aus Gummischlauch vor den Experimenten.
2. Füllen Sie den Behälter Phantom mit einer 0,0102 M Lösung von Gadopentetatdimeglumin (GdDTPA) (Magnevist, Bayer Healthcare Pharmaceuticals, Montville, New Jersey) in destilliertem Wasser, um den Kontrast zwischen dem Phantom Schiffe und Hintergrund zu schaffen.
3. Montieren Sie den MicroCAtheter System wie in den Schritten 1,1 bis 1,9 skizziert. Verbinden des Katheters mit der Stromversorgung und der Position, wie in Schritten von 2,9 bis 2,11 beschrieben.
4. Positionieren Sie die Spitze des Mikrokatheters am Boden des Gefäßes Öffnung.
5. Platzieren des Phantoms innerhalb des Magneten des MR-Scanners und orientieren bezüglich der Bohrung des Magneten.

4. Magnetic Resonance Imaging

1. Führen Bildgebung mit einem 1.5T klinischen MR-System (Siemens Avanto, SW: Syngo B13, Erlangen, Deutschland; Philips Achieva, SW Release 2.1, Cleveland, OH).
2. Übernehmen <50 mA Strom, um die Katheterspitze Position zu visualisieren. Unter MRT, wird ein kleines magnetisches Moment an der Katheterspitze hergestellt werden, um eine deutliche Artefakt unterschiedlicher Form abhängig von dem Spulen erregt werden visualisieren.
3. Bewerben variable Mengen an Strom im Bereich von ± 100 mA aus dem Lambda duale Stromzufuhr zu den Spulen und beobachten Auslenkung der Spitze (3A-3C) im Wasser bath-Setup. Da Auslenkung der Spitze ist fast augenblicklich, müssen Strom nur für ~ 1-2 angewendet werden Sek. maximale Durchbiegung zu visualisieren.
4. Wiederholen und aufzeichnen aufeinanderfolgenden Anwendungen gesetzt Strommengen.
5. Wiederholen Sie Schritt 4,2 und gleichzeitig schieben Sie den Katheter per Hand ermöglicht mechanische Weiterentwicklung durch das Gefäß Phantom (4A und 4B). Anwenden an der Verzweigungsstelle Stroms, um die Katheterspitze in das gewünschte Gefäß abzulenken. Vorzurücken des Katheters in das Zweiggefäß durch manuelles Drücken des Katheterende (4C). Zurückziehen des Katheters an der Gefäßverzweigung und Wiederholung in der gegenüberliegenden Zweig (4D).
6. MR-Bilder zu erwerben Verwendung eines 2D Snapshot-FLASH-Sequenz (TR = 30 msec, TE = 1,4 ms, eine Matrix von 256 x 128 und Flipwinkel ~ 30 °).

5. Deflection Messungen

Analysieren und zu messen Winkel Auslenkungen aufgenommenen Bilder währendWasserbad Experimente mit verschiedenen EDV-Anwendungen (alle Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) Viewer).

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Ergebnisse

Aus dem oben beschriebenen Protokoll, eine Abwinkelung zwischen 0 und 90 Grad aus der Anwendung sollte von 50-300 mA Strom gleichzeitig auf beide Spulen eines kombinierten Elektromagnet und Helmholtzspule Mikrokatheter System (2E) geliefert beobachtet werden. Eine Erhöhung der angelegten Strom sollte zu einem Anstieg der Mikrokatheter Ablenkwinkel führen, während eine Umkehr der Strompolarität sollte Auslenkung in entgegengesetzte Richtung führt, wie mit positiven Strom beobachtet (5A-5C).<...

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Diskussion

Hier beschreiben wir die Protokoll für Ablenkung eines Mikrokatheters in einem MR-Scanners. Die wesentlichen Parameter für den Erfolg sind genaue Anwendung der aktuellen und Messung der Ablenkwinkel. Ungenaue Messung der Ablenkwinkel ist die wahrscheinlichste Fehler in diesem Protokoll angetroffen. Die Winkel in MR-Bildern während des Experiments Wasserbad eingefangen ggf. Werte durch geringe Unterschiede in der Orientierung durch die das Medium in Bezug auf die Bohrung des Magneten angeordnet ist, unterscheiden. Um ...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
GdDTPA Contrast Media (Magnevist)	Bayer HealthCare Pharmaceuticals Inc.	1240340	McKesson Material Number
Positive Photoresist	Shipley	N/A	PEPR-2400, Replacement: Dow Chemicals Intervia 3D-P
Copper Sulfate	ScienceLab	SLC3778	Crystal form
Sulfuric Acid	ScienceLab	SLS1573	50% w/w solution
Parrafin Wax	Carolina	879190
Potassium Carbonate	Acros Organics	424081000