iMPI: портативный человек

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 10472 (2023) Цитировать эту статью

1720 Доступов

179 Альтметрика

Подробности о метриках

Минимально инвазивные эндоваскулярные вмешательства стали важным инструментом лечения сердечно-сосудистых заболеваний, таких как ишемическая болезнь сердца, заболевания периферических артерий и инсульт. Рентгеновская флюороскопия и цифровая субтракционная ангиография используются для точного контроля этих процедур, но они связаны с радиационным облучением пациентов и медицинского персонала. Визуализация магнитных частиц (MPI) — это новая технология визуализации, использующая изменяющиеся во времени магнитные поля в сочетании с магнитными индикаторами наночастиц для быстрой и высокочувствительной визуализации. В последние годы фундаментальные эксперименты показали, что MPI имеет большой потенциал для применения в сердечно-сосудистой системе. Однако коммерчески доступные сканеры MPI были слишком большими и дорогими и имели небольшое поле зрения (FOV), предназначенное для грызунов, что ограничивало дальнейшие поступательные исследования. Первый сканер MPI размером с человека, разработанный специально для визуализации мозга, показал многообещающие результаты, но имел ограничения по силе градиента, времени сбора данных и портативности. Здесь мы представляем портативную интервенционную систему MPI (iMPI), предназначенную для эндоваскулярных вмешательств в режиме реального времени без ионизирующего излучения. В нем используется новый подход с использованием генератора поля с очень большим полем обзора и открытая конструкция, ориентированная на применение, позволяющая использовать гибридные подходы с традиционной ангиографией на основе рентгеновских лучей. Возможность проведения чрескожной транслюминальной ангиопластики (ЧТА) под контролем iMPI в реальном времени показана на реалистичной динамической модели ноги размером с человека.

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной глобальной смертности и основной причиной инвалидности1. Минимально инвазивные эндоваскулярные вмешательства стали важной частью лечения пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, такими как ишемическая болезнь сердца, заболевания периферических артерий или инсульт2,3,4. Интервенционные процедуры с использованием катетеров и проводников выполняются, например, для повторного открытия закупоренных сосудов или растворения тромбов. Минимально инвазивные вмешательства под визуальным контролем обычно не требуют общей анестезии или больших разрезов, что делает их гораздо более безопасными для пациентов, чем хирургическое вмешательство.

Быстрое развитие эндоваскулярных вмешательств обусловлено сложными методами визуализации с высоким временным и пространственным разрешением, а также разработкой специализированных интервенционных инструментов. Рентгеновская флюороскопия и цифровая субтракционная ангиография (DSA) в настоящее время являются стандартными методами визуализации для этих процедур. Однако методы, основанные на рентгене, связаны с радиационным облучением пациентов и медицинского персонала. Кроме того, используются йодсодержащие контрастные вещества, которые потенциально могут вызвать острое поражение почек5.

Магнитно-порошковая визуализация (MPI) — это новый экспериментальный метод визуализации, который не требует ионизирующего излучения или нефротоксичных контрастных веществ6. В отличие от общепринятых методов клинической визуализации, таких как компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и рентген, MPI представляет собой метод визуализации на основе индикаторов. MPI использует магнитные поля для обнаружения пространственного распределения индикаторных агентов, состоящих из магнитных наночастиц (МНЧ). Концепция MPI основана на нелинейной реакции намагничивания этих MNP на изменяющиеся во времени магнитные поля. Внутрисосудистые индикаторы на основе MNP могут визуализировать сосудистую сеть без фона, как и в DSA, и используются в качестве контрастных веществ при МРТ у людей7,8. MPI обеспечивает быструю и чувствительную визуализацию с высоким соотношением сигнал/шум (SNR)9 и не имеет затухания по глубине в тканях человека10. По техническим причинам сканеры MPI представляли собой большие стационарные системы для мелких животных с небольшими полями обзора (FOV) всего несколько сантиметров в каждом измерении11,12. Приложения в области сердечно-сосудистых заболеваний до сих пор ограничивались первоначальными доклиническими фантомными исследованиями13,14,15,16,17,18,19,20.