Magneticamente Assistida deflexão da ponta Remote Controlled microcateter em Imagem por Ressonância Magnética

Resumo

Corrente aplicada a um microcateter endovascular com ponta micromolas feita por laser litografia torno pode alcançar deflexões controláveis ​​sob orientação de ressonância magnética (MR), que pode melhorar a velocidade e a eficácia de navegação da vasculatura durante vários procedimentos endovasculares.

Resumo

Procedimentos de raios-X fluoroscopia guiada endovasculares têm várias limitações significativas, incluindo a navegação cateter difícil e uso de radiação ionizante, o que pode, potencialmente, ser superado através de um cateter magneticamente dirigível sob a orientação do MR.

O objectivo principal deste trabalho é a de desenvolver um microcateter cuja ponta pode ser controlado remotamente com o campo magnético do scanner de MR. Este protocolo tem como objetivo descrever os procedimentos para a aplicação de corrente para o microcateter micromolas de ponta para produzir desvios consistentes e controlável.

Uma micro foi fabricado usando laser litografia em torno de um cateter poliimida de ponta endovascular. Testes in vitro foi realizada em banho-maria e fantasma navio sob a orientação de um sistema de RM de 1,5 T com estado estável livre de precessão (SSFP) seqüenciamento. Várias quantidades de corrente foram aplicados às bobinas do microcateter para produzir measureable desvios ponta e navegar em fantasmas vasculares.

O desenvolvimento deste dispositivo fornece uma plataforma para testes de futuro e oportunidade de revolucionar o ambiente intervencionista endovascular de ressonância magnética.

Introdução

Procedimentos endovasculares realizados em medicina intervencionista orientação utilização de raio-x como uma ferramenta para navegação através de cateter vascular para tratar várias doenças graves, tais como aneurisma cerebral, acidente vascular cerebral isquêmico, tumores sólidos, aterosclerose e arritmias cardíacas para mais de um milhão de pacientes por ano em todo o mundo ^{1 - 5.} Com a utilização de meios de contraste, a navegação através da vasculatura é conseguido através de rotação manual do avanço do cateter e mecânica, pelo intervencionista da mão ^6. No entanto, a navegação através de pequenos vasos sanguíneos tortuosos em torno de muitas curvas vascular torna-se cada vez mais difícil, alongando o tempo antes de atingir o local do alvo. Isso representa um problema para sensíveis ao tempo de procedimentos, tais como a remoção de um coágulo de sangue num vaso ocluso. Além disso, procedimentos prolongados aumentar a dose de radiação e criar o potencial para eventos adversos ^7-11. No entanto, os procedimentos endovasculares realizados sob magnetic ressonância pode oferecer uma solução.

O campo magnético forte homogênea de um scanner de ressonância magnética podem ser exploradas para a navegação ponta do cateter por controle remoto ^12,13. Corrente aplicada a um micromolas localizado a uma ponta do cateter induz um momento magnético, que experimenta um binário, uma vez que se alinha com o furo do scanner de IRM ¹³ (Figura 1). Se a corrente eléctrica é activado em uma bobina individual, a ponta do cateter pode ser desviado para um plano por controle remoto. Se três bobinas a uma ponta do cateter são energizados, a deflexão da ponta do cateter pode ser conseguido em três dimensões. Assim, direcção magneticamente facilitada de um cateter tem o potencial para aumentar a velocidade e eficácia da navegação vascular em procedimentos endovasculares, que poderia reduzir o tempo de processo e melhorar os resultados do paciente. No presente estudo, examinou-se se a corrente aplicada a um cateter com ponta de micromolas endovascular pode produzir deflecti fiável e controladaons sob orientação MR-como testes preliminares de estudos de navegação do cateter.

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Protocolo

1. Micromolas Fabricação

1. Obter um microcateter comercialmente disponíveis (por exemplo, 2.3F Rapid Transit Cordis Cateter Neurovascular, Raynham, MA) para um substrato.
2. Garantir cateteres não têm componentes ferrosos, são considerados MR-seguro, e variam em tamanho 2,3-3,0 F.
3. Sputter uma camada de adesão de titânio seguido por uma camada de sementes de cobre até um milímetro 1-2 OD tubo isolante. Os materiais possíveis incluem poliimida, ou alumina (Ortech avançada Ceramics, Sacramento, CA).
4. Electrodepositar uma camada foto-resistente positivo usando Shipley PEPR-2400 (sendo vendida pela DOW Chemical sob o nome Intervia 3D-P). Resultados de electrodeposição em um revestimento uniforme sobre a superfície não plana cilíndrica.
5. Fotossensível é exposta por um único sistema de laser de escrita directa (laser torno, um sistema não-comercial desenvolvido no Lawrence Livermore National Laboratory) no padrão da forma desejada da bobina (Figura 2A). Esta é uma modificaçãoção da técnica originalmente descrita em Malba et al ^14.
6. Desenvolver a fotorresiste exposto de uma solução a 1% de carbonato de potássio a 35 ° C.
7. O cobre é electrodepositado através da máscara resistir remanescente para formar a bobina desejado. O sistema pode fabricar tanto solenóide e os padrões de Helmholtz (pista) de cobre (Figuras 2C e 2D).
8. Depois de eletrodeposição de cobre, retire a resistir com o desenvolvedor quente. Remover a camada de semente de cobre, seguida pela camada de adesão de titânio.
9. Anexar o tubo de isolamento para a ponta do cateter através de invólucro por contracção para completar a montagem. Certifique-se que o envoltório do psiquiatra cobre a ponta enrolada inteiro. Para montar multi-eixo cateteres colocar as estruturas de tubo de isolamento no interior uns dos outros, como mostrado na Figura 2E.
10. Tópico fios de cobre através do lúmen do microcateter e solda para as bobinas na ponta.
11. Modificar e encurtar um 6 pés RJ11 cabo de telefone to ft 3 em comprimento.
12. Conectar os fios de cobre que emanam do cubo extremidade traseira do microcateter a 3 pés de telefone de linha de transmissão modificada tomada.

2. Configuração banho-maria

1. Fazer um pequeno orifício no centro da face de um recipiente de plástico a cerca de 5 cm do fundo.
2. Insira um 9F Avanti Cordis bainha vascular (Cordis Endovascular, Miami, FL) através do orifício.
3. Cortar a extremidade distai da bainha vascular deixando um pedaço 4 cm de comprimento, que se estende em a bacia.
4. No final da bainha, coloque uma válvula hemostática rotativa ou Thuoy-Borst para estabilizar a localização do microcateter.
5. Encher o recipiente com água destilada, assegurando completa submersão do aparelho.
6. Inserir o cateter com ponta em espiral através da bainha vascular e da válvula.
7. Medir e registar a duração irrestrita do microcateter que se estende desde a válvula para o banho de água.
8. Coloque o banho de água com microsistema de cateter no interior do íman do scanner de MR e orientar em relação ao orifício do íman.
9. Conecte o cabo de telefone modificado 3 pés ligado ao cateter para a 25 RJ11 linha telefônica de transmissão pés cabo usando um 2-way conector de telefone.
10. Ligue a outra extremidade do cabo de telefone 25 pés a uma fonte de alimentação Lambda LPD-422A-FM dupla regulado para fornecer até 1 A de corrente para o dispositivo.
11. Coloque as linhas de transmissão por meio de uma guia de onda e a fonte de alimentação para fora da sala de scanner MR fora da linha de Gauss 5.

3. Configuração navio fantasma

1. Construir um navio fantasma oco com uma intersecção em forma de Y a partir de tubo de borracha antes da experimentação.
2. Preencha o fantasma vaso com uma solução 0,0102 M de gadopentetato dimeglumina (GdDTPA) (Magnevist, Bayer Healthcare Pharmaceuticals, Montville, Nova Jersey) em água destilada para criar um contraste entre os vasos fantasmas e de fundo.
3. Monte o MicroCatheter sistema como descrito nas etapas 1.1 a 1.9. Conectar o catéter à fonte de alimentação e da posição, tal como descrito nos passos 2,9-2,11.
4. Posicionar a ponta do microcateter na base da abertura do vaso.
5. Coloque o fantasma dentro do íman do scanner de MR e orientar em relação ao orifício do íman.

4. Imagem por Ressonância Magnética

1. Realizar imagem com um 1.5T clínica sistema MR (Siemens Avanto, SW: Syngo B13, Erlangen, Alemanha; Philips Achieva, SW versão 2.1, Cleveland, OH).
2. Aplicar <50 mA de corrente a visualizar a posição da ponta do cateter. Sob MRI, um pequeno momento magnético será produzida na ponta do cateter para visualizar um artefato distinto de variar dependendo da forma que as bobinas são energizadas.
3. Aplicar quantidades variáveis ​​de corrente no intervalo de ± 100 mA da fonte de alimentação de dupla Lambda para as bobinas de deflexão e observar ponta (Figuras 3A-3C), no ba de águaª configuração. Porque a deflexão da ponta é quase instantânea, a corrente só necessita de ser aplicado durante 1-2 s ~ para visualizar deflexão máxima.
4. Repetir e gravar aplicações consecutivas de montantes de corrente.
5. Repetir o passo 4,2, ao mesmo tempo que empurra o cateter à mão permitindo avanço mecânico através do vaso fantasma (Figuras 4A e 4B). Aplicar corrente no ponto de ramificação para deflectir a ponta do cateter para dentro do vaso desejado. Avançar o cateter dentro do vaso por ramo manualmente empurrando a extremidade do cateter (Figura 4C). Retrair o cateter para a bifurcação do vaso e repetir no ramo oposto (Figura 4D).
6. Adquirir imagens de RM, utilizando uma sequência instantâneo FLASH-2D (TR = 30 ms, TE = 1,4 ms, uma matriz de 256 x128 e ângulo aleta ~ 30 °).

5. Medidas de deflexão

Analisar e medir deformações angulares de imagens capturadas duranteexperimentos de água de banho com várias aplicações informáticas (qualquer imagem digital e Comunicações em Medicina (DICOM) Viewer).

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Resultados

A partir do protocolo acima descrito, com um ângulo de deflexão entre 0 e 90 graus deve-se observar a partir de aplicação de 50-300 mA de corrente entregue simultaneamente a ambas as bobinas de um solenóide combinado e sistema de microcateter bobina de Helmholtz (Figura 2E). Um aumento da corrente aplicada deve resultar num aumento do ângulo de deflexão microcateter, enquanto que a inversão de polaridade de corrente deve resultar em desvio na direcção oposta, como observado com corrente positi...

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Discussão

Aqui descrevemos o protocolo para a deflexão de um microcateter em um scanner de MR. Os parâmetros-chave para o sucesso são precisas aplicação de corrente e medição do ângulo de deflexão. Medição imprecisa de ângulo de deflexão é o erro mais provável encontrada neste protocolo. Os ângulos capturados em imagens de RM banho de água durante a experiência podem diferir dos valores reais devido a pequenas diferenças na orientação em que o meio é posicionado em relação ao orifício do íman. Para resol...

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Materiais

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