משלוח משופר הסעה מודרכת תמונה לתוך מודלים Agarose ג'ל של המוח

Summary

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של מחלות נוירולוגיות. על מנת להכין את אנשי המקצוע בתחום הבריאות לאימוץ CED, דגמי הכשרה נגישים יש צורך. אנו מתארים את השימוש בג'ל agarose כמודל כזה של המוח האנושי לבדיקה, מחקר והכשרה.

Abstract

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של מחלות נוירולוגיות. Neuroinfusion קטטר CED מאפשר זרימה בתפזורת לחץ חיובית כדי לספק כמויות גדולות יותר של תרופות ליעד תוך גולגולתי מאשר שיטות משלוח סמים מסורתיות. התועלת הקלינית של ה-MRI בזמן אמת מודרכת CED (rCED) טמון ביכולת למקד במדויק, לעקוב אחר טיפול, ולזהות סיבוכים. עם אימונים, rCED הוא יעיל וסיבוכים עלולים להיות ממוזערים. מודל agarose ג'ל של המוח מספק כלי נגיש לבדיקת CED, מחקר והכשרה. המוח המדומה rCED מאפשר תרגול של הניתוח המדומה גם בעת מתן משוב חזותי של העירוי. ניתוח של עירוי מאפשר חישוב שבריר ההפצה (VD / י) המאפשר למתאמן כדי לאמת את דמיונו של המודל בהשוואה לרקמת מוח אנושי. מאמר זה מתאר פנטום מוח agarose ג'ל ומתאר לי חשובTrics במהלך פרוטוקולי עירוי וניתוח CED תוך התייחסות מלכודות נפוצות התמודדו במהלך עירוי CED לטיפול במחל נוירולוגיות.

Introduction

משלוח משופר הסעה (CED) הוצע כאפשרות טיפול למגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות כולל גידולים ממאירים במוח, אפילפסיה, הפרעות מטבוליות, מחלות ניווניות (כגון מחלת פרקינסון) ^1, שבץ מוחי, וטראומה ^2. CED מעסיק זרימה בתפזורת לחץ חיובי להפצת סמים או infusate האחר. CED מספק אספקה ​​בטוחה, אמינה, והומוגנית של תרכובות במשקל מולקולריות, הנע בין נמוך לגבוה, בעוצמות רלוונטיות קליני ^3. משלוח סמים מסורתי לרקמת המוח הוגבל בצורה קשה על ידי מחסום דם המוח ^4. נוצר על ידי צמתים ההדוקים בין תאי האנדותל המרכיבים את נימי הדם במוח, בלוקים מחסום דם המוח קוטביים ומולקולות במשקל מולקולריות גבוהות מלהיכנס parenchyma של המוח. עירוי המוח intraparenchymal ישיר באמצעות CED יכול להתגבר על המגבלות של שיטות משלוח סמים טיפוליות קודמותומאפשר השימוש בסוכנים טיפוליים שלא לחצות את המחסום שבין דם למוח, ולכן היה בעבר זמין כאפשרויות טיפול קיימא ^5.

חוקרים מהמכון הלאומי האמריקאי לבריאות (NIH) תיארו CED בתחילת 1990 כאמצעי להשגת ריכוזי תרופה טיפוליים יותר מאשר על ידי דיפוזיה בלבד ^6-8. השיטות הראשונות של CED מעורב השתלת צנתרים אחד או יותר לתוך המוח, חיבור משאבת עירוי לקטטר, ושאיבת הסוכנים הטיפוליים ישירות לאזור הממוקד. שבריר ההפצה המוגברת והריכוז יציב יחסית הוא דיווחו להתרחש כלחץ החיובי שנוצר על ידי משאבת העירוי גורם לרקמות להתרחב ולאפשר חלחול של התרופה ^9.

הטכניקה הבסיסית לCED נותרה במידה רבה זהה לזה שתואר ראשון. התקדמות בקטטר עיצוב ^10, טכניקת עירוי ^{11, לחץ שורת ניטור 2, ומעקב MRI בזמן אמת כדי לתקן למשמרת מוח 12, 13, לייעל חליטות קוליניאריות מרובות 14, ולפקח על אובדן infusate 15 הגדילו את הבטיחות ויעילות של הטיפול 10. חשיבות נוספות הושמה על עיצוב קטטר והאסטרטגיה עירוי כוללים קצב זרימה. המוצלח CED, עם ריפלוקס קטטר המוגבל ונזק לרקמות, כבר מתואם עם עיצוב קטטר וקצב עירוי. השימוש בצנתר בקוטר צר וקצב עירוי נמוך להגביל את הזרימה חוזרת לאורך ממשק המוח קטטר כמו גם נזק גבול בקצה הצנתר 16. MR הדמיה מספקת אישור חזותי של המיקום הנכון למיקום צנתר עירוי, ולכן אספקת סמים, בעת גם מאפשר לתיקון של ריפלוקס עירוי או משלוח חריג 17. גם תמונות MR יכולות לשמש כדי להתקרב ולעקוב אחר הכרכים של הפצה (VD) של התרופה רווי. VD מחושב לפי ערך עוצמת אות MR הדמיה יותר משלוש סטיות תקן מעל הממוצע מג'ל שאינו רווי המקיף כסף לפילוח 18. VD הוא מדידה שימושית לCED משום שהיא מייצגת את עוצמת הקול של הסמים מופצים במוח. יחד עם הנפח רווי (וי), יחס יכול להיות שנוצר (VD / י) כימות ההיקף מכוסה על ידי התרופה רווי.}

רוחות רפאים agarose ג'ל לחקות כמה תכונות מכאניות חיוניות של המוח האנושי חשובות להבנת CED כגון: VD, אינטראקציות ג'ל קטטר, תכונות poroelastic, וענן עירוי מורפולוגיה ^10. תערובות של 0.2% agarose ג'ל הוכחו לחקות in vivo שינויים בשבריר נקבובית מקומי שנגרמו על ידי התרחבות ג'ל בשל CED. שבריר נקבובית דומה למוח האנושי מקדם אינטראקציות דומות ומדידות מדויקות של VD ^19. בנוסף, ריכוזים דומים שלג'לי garose כגון 0.6% ו0.8% הראו פרופילי לחץ עירוי דומים למוח ^20. יתר על כן, ג'לים agarose השקוף מספק את היתרון של הדמיה של מיקום קטטר וריפלוקס עירוי בזמן אמת. רוחות הרפאים agarose ג'ל הם זולות יחסית לייצור. העלות של רוחות הרפאים agarose ג'ל עשויה להיות מפתח להכשרה המקצועית רחבה בעתיד ברחבי ניתוח נוירולוגים. בשל מאפיינים אלה, ג'לים agarose לספק פונדקאית שימושי, שכפול רבים של תכונות מפתח של חליטות מוח אנושיות ללא השימוש ברקמת המוח.

כאמור לעיל, דימוי מודרך CED לתוך המודלים agarose ג'ל מספק מועיל בשיטה חוץ גופית לבדיקה, מחקר והכשרה. מטרת מאמר זה היא לתאר כיצד לשחזר רוחות רפאים agarose ג'ל, להתוות בדיקת פרוטוקולי CED וניתוח מתאימים, וכדי לטפל בשגיאות נפוצות התמודדו במהלך חליטות CED לטיפול במחל נוירולוגיות.

Protocol

1. הכנת הפנטומים ג'ל וצבע

1. הכן 0.2% agarose ג'ל ידי המסת 2 גרם של 0.1% אבקת agarose ב1,000 מיליליטר של מים deionized. מערבבים את הפתרון עבור כ 1 דקות כדי להבטיח ערבוב נכון; ומיקרוגל באופן מיידי את הפתרון במרווחי 3 דקות ל9 דקות או עד שברור, תוך ערבוב בין מרווחים.
2. , בעוד agarose ג'ל הוא נוזלי לשפוך את הפתרון לx 5 5 ס"מ X 5 מכולות סנטימטר סנטימטר. לאפשר מרחב בחלק העליון של המכל כדי להוסיף מים ולאפשר agarose ג'ל להתקרר ולהתיישב.
3. פעם אחת את הג'ל agarose יש הקרושה (כ 1-2 שעות), להוסיף 1 סנטימטר של מים לחלק העליון של ג'ל ושומר במקרר. עדיף להשתמש בג'ל בתוך 24-48 שעה של ערבוב, אבל זה יכול להיות מאוחסן לתקופה של עד שבוע בקירור ^10.
4. הכן את צבע רדיו לעומת זאת במזרק 60 מיליליטר בהיקף של 50 מיליליטר של 0.017% צבע כחול bromophenol (גוש פרמטרי BPB), ו2 מ"מ של תקשורת רדיו ניגוד gadoteridol.
   1. שלב 8.5 מ"ג של צבע גוש הפרמטרים BPB 50 מ 'ליטר מים deionized ליצור 0.017% פתרון גוש פרמטרי BPB.
   2. הוספת 0.2 מיליליטר של מניית 0.5 M gadoteridol ל50 מיליליטר 0.017% פתרון גוש פרמטרי BPB כדי ליצור פתרון gadoteridol 2 מ"מ.

2. הכנת מערכת העירוי

1. מערכת משאבת מזרק עירוי (שיטה מועדפת): להכנת משאבת מזרק, לצרף את צנתר העירוי ישירות למזרק דרך חיישן הלחץ, צמצום הנפח המת של קו העירוי. פונקצית הטיהור של משאבת המזרק ניתן להשתמש כדי לנקות את הקו של אוויר באמצעות בולוס גדול מיחולו נפח של קטטר בשיעור של 10 μl / min.
2. מערכת משאבת צינור עירוי (שיטה חלופית): חבר את המזרק המכיל את צבע רדיו ניגוד למשאבת העירוי. צרף את חיישן הלחץ לשקע משאבה עם המתמר המחובר לצג IV. צרף צנתר עירוי 16 G לקצה הפתוח של חיישן הלחץ. הערה: קצה צנתר עירוי G 16 יש קוטר פנימימטר של 0.2 מ"מ וקוטר חיצוני של 0.35 מ"מ. טיפ עשוי מסיליקה התמזגו ואורך הטיפ הוא 3 מ"מ. זה מגביר בכ 0.75 מ"מ וממשיך ל15 מ"מ, קטטר ואז מגביר את באופנה מחודדת ל1.6 מ"מ או 16 G.
3. היכונו לעירוי על ידי טיהור המערכת כ 15 דקות ב 16.667 μl / min כדי להסיר כל בועות אוויר. אין לעבור על קצב זרימת 16.667 μl / min, כמו מכונת תחדל עירוי בשל לחץ גבוה קו. בעקבות צירוף צנתר העירוי לקו יציאה ממשאבת העירוי, קווי טיהור האוויר על ידי שימוש בפונקציה "בולוס" במשאבת העירוי.
4. צרף את צנתר עירוי הר ומסגרת מסלול למכל פנטום ג'ל (X 5 5 x סנטימטר סנטימטר 5 ס"מ) ומניחים בבדיקת MRI.

3. CED ג'ל עירוי וMR סריקה

1. לאפס את ערך הלחץ (מ"מ כספית) נרשם על ידי צג IV לפני תחילת העירוי.
2. הכנס את צנתר העירוי לתוך הג'ל agarose wה-i משאבת העירוי פועלת בקצב הזרימה הנמוך ביותר האפשרי, במקרה זה 1.667 μl / min.
3. התחל את סריקת MR, באמצעות הפרמטרים המופיעים בטבלה 1, ולהמשיך יציקת בשיעור של 1.667 μl / min. להחדיר את הג'ל בקצב קבוע עד להיקף הכולל חדור מגיע 60 μl (כ 38 דקות).
4. סרוק את הג'ל ברציפות ב 3 דקות ו50 מרווחי שניות. רשום את קריאות לחץ כל 60 שניות. ברגע שהנפח חדור מגיע 60 μl, כבה את משאבת העירוי; וסריקת MR מלאה תוך כדי להקליט את קריאות לחץ.

4. MR ניתוח נתונים

1. לניתוח תמונות MR, השתמש הצופה DICOM מתאים עם פונקציונליות פילוח החזר על השקעה.
2. בחר את המסגרת הנכונה בכל סריקה מסומנת על ידי החתך של קטטר כפי שניתן לראות באיור 1.
3. באמצעות "החזר על השקעה - מלבן" הכלי, בחר את החלק הגדול ביותר של ג'ל שאינו כולל כלחלק מאתר העירוי. פלט תוכנת צפיפות פיקסלים ממוצע עם סטיית תקן. מצא את הערך שמתאים לשלוש סטיות תקן מהממוצע. ערך זה משמש כרף לקביעה כאשר לעומת זאת היא בהווה עם אמון של 99.7%.
4. באמצעות "החזר על השקעה - העיגול" הכלי, להקיף את אתר העירוי עם מספיק מעגל גדול ולתת את זה שם ייחודי.
5. בחר את המעגל ובאמצעות "ההחזר על ההשקעה - להגדיר ערכי פיקסל ל" כלי, ערך סף קלט שנמצא בשלב 4.3 ל" אם הערך הנוכחי הוא גדול יותר מאשר:" תיבת סימון והקו הזה בלבד. ואז ב" לערך חדש: "תיבה, הזן ערך גדול (25,000). אפס את צפיפות הפיקסלים כדי לבחור את האזור המוקף הסף שנקבע בעבר.
6. לאחר מכן, באמצעות "ההחזר על ההשקעה - לגדול אזור (פילוח 2D/3D)" כלי, בחר אזור 2D גדל, אלגוריתם אמון עם פרמטר רדיוס ראשוני = 2, ואת החזר על השקעה מברשת. לחץ פנימי של אתר העירוי לתוכנה כדי לחשב את השטח הכולל of אזור זה.
7. בהנחת ענן עירוי כדורי, לחשב את הנפח של דיפוזיה מהאזור באמצעות המשוואה הבאה: V = 4/3π (√ (פינת / π)) ³

תוצאות

פרשנות וניתוח חליטות CED כרוך כמה גורמים חשובים כגון שבריר הפצה וריפלוקס infusate. חישוב שבריר ההפצה תלוי במידה רבה על חישוב VD. לכן פרשנות מדויקת של תמונות MR היא קריטית. אנו מציעים שיטה חצי אוטומטית לאמינים להתרבות מדידות אלה כמפורט לעיל. שיטות אלה באופן אובייקטיבי לקבוע א...

Discussion

צעדים החיוניים להבטחת ההצלחה של העירוי הם: טיהור קו העירוי של אוויר, ערבוב agarose ג'ל, ניתוח נתוני MR, תוך שימוש בקטרי קטטר פנימיים קטנים, באמצעות צעד עיצובי קטטר כדי למזער את הזרימה חוזרת, ולמזער את הלחץ שחש ג'ל או רקמה שלתוכו התרופה היא להיות רווי. כאמור, על החשבון ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Prohance	Bracco		Gadoteridol radio contrast media
Bromophenol Blue Dye	Biorad	161-0404	Dye for infusate visualization
Agarose Gel Powder	Biorad	161-3101EDU	Agarose powder for creating gels
Medrad Veris MR Vital Signs Monitor	Medrad		MR safe infusion pressure monitor
16 Gauge SmartFlow Catheter	SurgiVision		Infusion catheter
Medrad Continuum MR Infusion System	Medrad		MR safe infusion pump
SMART Frame MRI Guided Trajectory Frame	ClearPoint		Infusion catheter frame
Osirix Imaging Software and DICOM Viewer	Osirix Imaging Software		OsiriX 32-bit DICOM Viewer