ブログ

Oct 16, 2023

医療画像用の超高磁場での磁気ガイドワイヤステアリング

12 maggio 2023

2023 年 5 月 12 日の特集

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

タマラシー・ジーワンダラ著、Medical Xpress

物理学者や生物工学者は、低侵襲医療処置用のスコープを備えた遠隔磁気ステアリングを使用して、磁気駆動のガイドワイヤを操作できます。 磁気ステアリング戦略は現在、低磁場によって制限されているため、磁気共鳴画像法 (MRI) スキャナーなどの超高磁場で動作する医療システムへの統合が妨げられています。 Science Advances に現在掲載されている新しい研究では、メフメット・ティリヤキ氏とドイツ、スイス、トルコの身体知能、生体医工学、医学部門の研究チームが、超高磁場での操縦戦略と並行して磁気ガイドワイヤーの設計を開発した。

この研究は、その場での再磁化の可能性とともに、広範な研究範囲を実証しました。 この結果は、前臨床磁気共鳴画像スキャナーにおけるネオジム磁石と光ファイバーロッドで作られた磁気誘導の操縦原理を示しました。 新しく開発された超高磁場磁気作動フレームワークは、臨床 MRI スキャナーで機能する次世代磁気オートメーションを促進します。

磁気共鳴画像法は 10 年にわたって開発されてきましたが、この技術には X 線透視法と比較して欠点があります。 MRI は電離放射線を含まないという性質と、その優れた軟組織コントラストにより、より高度な代替手段となっています。 MRI システムは現在、スキャナ内の作業領域と解像度の低さによって制限されているため、この方法を改善するためのさまざまな新しい提案が行われています。

たとえば、完全にリモートの MRI を利用した作動アプローチでは、直感的な 3 次元 (3D) ステアリングのために強磁性永久磁石を統合できます。 ただし、この方法にはリアルタイムのソフトウェア アクセスと、MRI スキャナー内で機能するための追加の電力が必要です。 この研究で、Tirakiらは、MRIスキャナーにおける超高磁場磁気ガイドワイヤーステアリング戦略を提示し、動脈血流を伴う生理学的に関連する3D血管ファントム、および動物モデルの腎臓でのMRIスキャン中のそのステアリング能力を実証した。

ネオジム磁石などの永久磁石は、低磁場での高磁気トルクと力伝達のための磁気作動中に一般的に使用されます。 永久磁石は、低磁場で磁石の磁化容易軸に沿った一定の磁化ベクトルを使用して開発されています。 物理学者は超高磁場における永久磁石の磁気理論を研究してきましたが、自動磁気作動中のこの概念の影響を調査することはまだ残っています。

たとえば、超高磁場では、永久磁石は軟磁石の形をとります。 そこで研究チームは磁化ベクトルを調べ、永久磁石に作用する磁力とトルクを計算した。 彼らはバルクのネオジム磁石に焦点を当て、振動サンプル磁力計を使用して磁性材料の定数を推定し、磁気ヒステリシスの影響を研究して磁化の強さを検証しました。

Tiryaki らは、磁気トルクと磁気力をモデル化するために、MRI スキャナーで磁場と磁気勾配を測定しました。 彼らは、超高磁場で永久磁石に作用する磁化角度とトルクを計算し、ガイドワイヤの弾性コアを形成する付随の柔軟な構造の設計を調査し、ガイドワイヤを磁気的に作動させ、磁気作動を操作するために柔軟な本体の剛性を最適化しました。システム。

研究チームは、オープンソース ソフトウェアを使用して、ガイドワイヤーの形状を模倣するコセラット ロッド モデルの動的シミュレーションを開発しました。MRI の磁力とトルクに対する影響を理解するために、弾性力と重力を含めました。 彼らは、磁気ガイドワイヤを積極的に使用するために、ヤング率やガイドワイヤの動力学の基礎となるその他のパラメータを検証するために曲げシミュレーションを実行しました。

科学者らは、低磁場で磁気ガイドワイヤのステアリングを実現するため、自由度の高いさまざまな自動磁気作動システムを研究しました。 高い自由度が存在しない場合、磁気作動システムと超高磁場との間の相互作用により、MRI スキャナーのガイドワイヤのステアリングがブロックされてしまいます。 そこでチームは、この効果を理解するためにガイドワイヤーの基本的な構成を研究し、永久磁石をガイドワイヤーの先端に対して平行、垂直、反平行に配置しました。

Tiryaki らは、さまざまなナビゲーション タスクを実行するために、MRI スキャナーに手動でガイドワイヤを挿入するさまざまなステアリング モードを検討しました。 超高磁場でのその場再磁化の概念により、ガイドワイヤの先端に 2 つの永久磁石を備え、二次元平面でさまざまなステアリング実験を実行できる、二重の安定性を備えたさらに興味深い磁気ガイドワイヤの設計が生まれました。

研究チームは、心流シミュレーションポンプで動脈の流れをエミュレートしながら、腎動脈、大動脈弓、総頚動脈、中大脳動脈のリアルな3D血管構造でステアリング実験を実施した。 その結果、臨床応用のさまざまな状況で 3D 血管をナビゲートできる能力が強調されました。

さらに、彼らは、器官のさまざまな領域をターゲットにするために異なる磁気構成のガイドワイヤを使用して、生体外のブタ腎臓の腎腔内でガイドワイヤステアリング実験を実行することにより、MRI中の超高磁場磁気作動を調査しました。 彼らは、前臨床 MRI を実行して腎腔の境界を観察し、続いて腎腔、下部腎杯、上部腎杯にわたる一連の視覚化実験を行って、ガイドワイヤーの操縦能力を検査しました。

このようにして、Mehmet Tiryaki らは、超高磁場で磁気ガイドワイヤを使用した磁気ステアリングの概念を導入しました。 彼らは磁気理論と力学を組み合わせて、MRI スキャナーのステアリング機能を向上させるための設計原則を確立しました。

物理学者らは、一連の 3D ナビゲーション ステップを通じて、MRI イメージング中の磁気誘導ステアリングの実現可能性を判断しました。 彼らは、超高磁場作動の新しい方法が MRI 介入中の臨床シナリオに影響を与え、最終的には自動化された臨床介入実践に必要な身体的知能を促進すると期待しています。

詳しくは： Mehmet Efe Tiryaki 他、超高磁場における磁気ガイドワイヤ ステアリング、Science Advances (2023)。 DOI: 10.1126/sciadv.adg6438

Martin Francis Phelan 他、低侵襲手術に向けた MRI 駆動マイクロカテーテルの熱軽減設計とローレンツ力ベースのステアリング、Advanced Science (2022)。 DOI: 10.1002/advs.202105352

© 2023 サイエンス X ネットワーク