Изображение наведением конвекция повышенной Доставка в агарозном геле моделей мозга

Резюме

Конвекции повышенной доставки (CED) была предложена как вариант обработки для широкого спектра неврологических заболеваний. В целях подготовки специалистов в области здравоохранения для принятия CED, доступные модели обучения необходимы. Мы описали использование агарозном геле как такой модели человеческого мозга для тестирования, исследований и обучения.

Аннотация

Конвекции повышенной доставки (CED) была предложена как вариант обработки для широкого спектра неврологических заболеваний. Neuroinfusion катетер КНИ позволяет положительного объемного давления потока для доставки больших количеств терапии для внутричерепной цели, чем традиционные методы доставки лекарств. Клиническая полезность реального времени МРТ руководствоваться КНИ (rCED) лежит в способности точно цель, мониторинга терапии и выявления осложнений. После обучения, rCED является эффективным и осложнения могут быть сведены к минимуму. Гель модель агарозы мозга обеспечивает доступный инструмент для тестирования КНИ, научных исследований и подготовки кадров. Имитация мозга rCED позволяет практику макета хирургии, также обеспечивая визуальную обратную связь инфузии. Анализ инфузии позволяет для расчета распределения фракции (Vd / Vi), позволяющей стажер проверить сходство модели по сравнению с человеческой мозговой ткани. Эта статья описывает наше агарозном геле мозга фантом и намечает важную меняках во время CED инфузионных и анализа протоколов в то время адресации распространенных ошибок, с которыми сталкиваются во время CED инфузии для лечения неврологических заболеваний.

Введение

Конвекция повышенной доставки (КНИ) был предложен как вариант лечения для широкого спектра неврологических заболеваний, включая злокачественные опухоли головного мозга, эпилепсии, нарушении обмена веществ, нейродегенеративных заболеваний (например, болезни Паркинсона) ^1, инсульт, и травмы ^2. КНИ использует объемного потока с положительным давлением для распределения лекарственного средства или другой инфузата. КНИ обеспечивает безопасную, надежную и однородную доставку соединений молекулярным весом, начиная от низкой до высокой, клинически значимых объемов ^3. Традиционный доставки лекарств в ткани головного мозга строго ограничен по гематоэнцефалический барьер ^4. Сформированный плотных контактов между эндотелиальных клеток, которые составляют капилляры в мозгу, что гематоэнцефалический барьер блоки полярных и высокомолекулярных молекул внутрь паренхимы мозга. Прямая интрапаренхимальные настой мозг через CED может преодолеть ограничения предыдущих терапевтических методик доставки лекарстви позволяет использовать терапевтических агентов, которые не пересекают гематоэнцефалический барьер и, следовательно, были ранее недоступны как жизнеспособные варианты лечения ^5.

Исследователи из американского Национального института здоровья (NIH) описано КНИ в начале 1990-х в качестве средства достижения большей концентрации терапевтического средства, чем путем диффузии только ^6-8. Первые способы КНИ участвует имплантации один или несколько катетеров в мозг, соединяющий инфузионного насоса к катетеру, и насосное терапевтических агентов непосредственно в целевой области. Увеличение фракции распределение и относительно стабильной концентрации, как сообщается, происходят как положительное давление создается с помощью инфузионного насоса вызывает ткани расширяются и обеспечивают проникновение препарата ^9.

Фундаментальная методика CED остается в значительной степени то же самое, как это было впервые описано. Достижения в области катетера дизайна ^10, техники инфузии 11, контроля давления в линии ^2, и мониторинг МРТ в режиме реального времени для коррекции сдвига мозга ^{12, 13,} оптимизировать несколько Коллинеарная инфузий ^14, и монитор для инфузата убытки ¹⁵ увеличили безопасность и эффективность лечения ^10. Дополнительная значение придается от конструкции катетера и стратегии инфузионной включая расхода. Успешное КНИ, с ограниченным обратным холодильником катетера и повреждению тканей, коррелирует с конструкцией катетер и скорости инфузии. Использование катетера с узким диаметром и низкой скорости инфузии, чтобы ограничить обратного потока вдоль поверхности мозга катетера, а также ограничить ущерб на кончике катетера ^16. МРТ обеспечивает визуальное подтверждение правильного места для размещения настой катетера и, следовательно доставки лекарств, а также позволяет для коррекции инфузионной рефлюкса или аномальным поставки ^17. МР изображений также может быть использован для аппроксимации и отслеживать объемы распределения (Vd) От переплетаются препарата. Vd рассчитывается значение интенсивности сигнала МРТ более чем на три стандартных отклонения выше среднего из окружающего, не введенного геля в качестве порогового значения для сегментации ^18. Vd является полезным для измерения КНИ, потому что он представляет собой объем препарата распределенной в головном мозге. Наряду с объемом переплетаются (Vi), соотношение может быть сгенерирован (Vd / VI) количественной оценки объема подпадают под действие переплетаются препарата.

Агарозные фантомы гель имитировать несколько важных механических свойств человеческого мозга, важные для понимания КНИ, таких как: В.Д., гель-катетер взаимодействий, пороупругих свойств и настой облачных морфологии ^10. Смеси 0,2% агарозном геле, как было показано, чтобы имитировать изменения в естественных условиях в местной фракции пор, вызванные расширением гель из-за КНИ. Аналогичная доля пор в человеческом мозге способствует подобные взаимодействия и точные измерения Vd ^19. Дополнительно, подобные концентрацииgarose гели, такие как 0,6% и 0,8%, показали сходные профили давления инфузии в мозг ^20. Кроме того, прозрачные гели агарозы обеспечить преимущество в режиме реального времени визуализации катетера и инфузии с обратным холодильником. Агарозные фантомы гель относительно недороги в производстве. Стоимость агарозном фантомов геля может быть ключом к будущему широкого подготовки в течение всей неврологической хирургии. Благодаря этим свойствам, гели агарозы обеспечить полезный суррогат, тиражирование многие из основных атрибутов вливаний мозга человека без использования ткани головного мозга.

Как указано выше, изображение наведением КНИ в модели геля агарозы предоставляет выгодно в методе экстракорпорального для тестирования, исследований и обучения. Цель этой статьи заключается в описании, как воссоздать агарозные фантомы гель, наметить соответствующие протоколы испытания и анализ КНИ, и для решения общих ошибок, с которыми сталкиваются во время CED вливаний для лечения неврологических заболеваний.

протокол

1. Подготовка гель Фантомы и краска

1. Подготовка 0,2% агарозном геле путем растворения 2 г 0,1%-ном агарозном порошка в 1000 мл деионизированной воды. Раствор перемешивают в течение примерно 1 мин, чтобы обеспечить надлежащее смешивание; и сразу микроволновой печи решение в интервалах 3 мин в течение 9 мин или до ясно, помешивая между интервалами.
2. В то время как агарозном геле является жидкостью, вылить раствор в 5 см х 5 см х 5 см контейнеров. Оставьте свободным пространство в верхней части контейнера, чтобы добавить воду и позволить агарозном геле остыть и осесть.
3. После того, как агарозный гель затвердеет (примерно 1-2 ч), добавьте 1 см воды в верхней части геля и холодильник. Лучше всего использовать гель в течение 24-48 ч перемешивания, но он может храниться до недели в холодильнике ^10.
4. Подготовьте радио-контрастное вещество в 60 мл шприц, состоящей из 50 мл 0,017% бромфенолового синего красителя (ВРВ) и 2 мм gadoteridol радио-контрастных веществ.
   1. Комбинат 8,5 мг BPB красителя до 50 м.л деионизированной воды, чтобы создать 0,017%-ный раствор BPB.
   2. Добавить 0,2 мл складе 0,5 М gadoteridol в 50 мл 0,017% раствора BPB создать решение gadoteridol 2 мм.

2. Подготовка инфузионной системы

1. Шприц насос системы инфузии (предпочтительный метод): Для приготовления шприцевого насоса прикрепить инфузионный катетер непосредственно в шприц через датчик давления, уменьшая объем мертвого инфузионной линии. Продувочный функцией шприцевой насос может быть использован, чтобы очистить линию воздуха с использованием болюса больше, чем объем грунтовки катетера со скоростью 10 мкл / мин.
2. Труба насоса инфузионная система (метод альтернативный): Подключите шприц, содержащий радио-контрастное вещество в инфузионный насос. Прикрепите датчик давления на выходе насоса с подключенным датчиком на монитор IV. Приложить инфузионный катетер 16 г на открытом конце датчика давления. Примечание: Кончик 16 г инфузионный катетер имеет внутреннюю диаметромметр 0,2 мм и внешним диаметром 0,35 мм. Наконечник выполнен из плавленого кварца, а длина наконечника 3 мм. Это увеличивает до приблизительно 0,75 мм и продолжается в течение 15 мм, катетер затем шаги в коническим образом в 1,6 мм или 16 G.
3. Подготовка к инфузии путем продувки системы в течение примерно 15 мин при 16,667 мкл / мин, чтобы удалить пузырьки воздуха. Не превышайте скорость потока 16.667 мкл / мин, так как машина перестанет настой из-за высокого давления линии. После присоединения инфузии катетер к линии выхода из инфузионный насос, продувки трубопроводов воздуха с помощью функции "болюса" на инфузионный насос.
4. Прикрепите инфузионный катетер монтировать и траектория кадров в гель фантомным контейнера (5 см х 5 см х 5 см) и место в МРТ.

3. КНИ Гель Настой и МР Сканирование

1. Нулевое значение давления (мм рт.ст.), записанного в мониторе IV до начала инфузии.
2. Вставьте инфузии катетер в агарозном геле жIth инфузионный насос работает на самой низкой скорости возможного потока, в данном случае 1,667 мкл / мин.
3. Начинают MR сканирования, используя параметры, перечисленные в таблице 1, и продолжают вливания в размере 1,667 мкл / мин. Наполнить гелем с постоянной скоростью до тех пор, общий объем инфузии не превышает 60 мкл (около 38 мин).
4. Сканирование гель непрерывно в течение 3 мин и 50 с интервалом в секунду. Запишите показания давления каждые 60 сек. Как только объем инфузии достигает 60 мкл, выключите инфузионный насос; и полное сканирование MR продолжая записывать показания давления.

4. MR Анализ данных

1. Для анализа изображений МРТ, используйте соответствующий зрителя DICOM с функциональностью сегментации ROI.
2. Выберите правильный кадр в каждом цикле, отмеченную в поперечном сечении катетера, как показано на рисунке 1.
3. Использование "ROI - прямоугольник" инструмент, выберите самую большую часть геля, который не включает любыечасть инфузии. Программное обеспечение выведет средняя плотность пикселей со стандартным отклонением. Найдите значение, соответствующее трех стандартных отклонений от среднего значения. Это значение используется в качестве порогового значения для определения того, когда присутствует контраст с уверенностью 99,7%.
4. Использование "ROI - круг" инструмент, окружить место инфузии с достаточно большой круг и дать это уникальное имя.
5. Выберите круг и с помощью "ROI - установить пиксельных значений, которые" инструмент, вход пороговое значение найдено в шаге 4.3 в ", если текущее значение больше, чем:" поле и отметить галочками только эту линию. Тогда в "на это новое значение:" окне введите большую величину (25 тысяч). Сброс плотность пикселей, чтобы выбрать область, окруженное порога ранее определенного.
6. Затем, используя "ROI - расти область (2D/3D сегментации)" инструмент, выберите 2D растущий регион, уверенность алгоритм с исходного параметра радиуса = 2 и кисти ROI. Щелкните внутри сайта вливания для программного обеспечения, чтобы вычислить общую площадь ое этот регион.
7. Предполагая сферическую вливания облако, рассчитать объем диффузии из области через следующей формуле: V = 4/3π (√ (Площадь / π)) ³

Результаты

Интерпретация и анализ CED настои включать несколько важных факторов, таких как распределения фракции и инфузата рефлюкса. Расчет доли распределения в значительной степени зависит от расчета Vd. Поэтому точное толкование образов МР имеет решающее значение. Предложен метод полуавтомати...

Обсуждение

Критические шаги для обеспечения успеха вливания являются: очищение инфузионной линии воздуха, смешивая агарозном геле, анализируя данные МРТ, с помощью небольших внутренний диаметр катетера, с помощью шагнул катетер проекты, чтобы минимизировать обратный поток, и минимизации дав...

Материалы

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