編織加固導管軸：如何確保X射線與MRI兼容性？
引言「為了能夠增加血管內導管軸的剛性強度，設備製造商們經常會選擇使用不鏽鋼或鎳鈦合金，但是這些材料卻並不適用於MRI。幸運的是，現在有一種低成本光纖為解決這一矛盾提供了一個可行的選擇。」
血管內導管軸：通常都是在近端處把強度設計相對比較高，以便於在導管前進時穿過身體時推動或者完成扭轉導管的動作。近側軸與柔性遠端連接以允許導管尖端通過越來越小的血管。
一般來說，加強型導管軸使用由PTFE或HDPE等潤滑內襯材料組成的複合設計構造來進行導絲追蹤; 以及從近端到遠端尖端的具有不同硬度的通常為Pebax，聚氨酯或PA12的外部護套。非增強型的導管軸通常比較脆弱，需要在導管管中嵌入連續的編織物以提供扭矩和可推動性，同時保持撓性和抗扭結性，所以編織物往往是諸如不鏽鋼或鎳鈦一類的合金材料。
圖1：各種聚合物纖維和金屬增強物的拉伸或彈性模量
成像問題
X線，包括透視和計算機斷層掃描（CT），是介入心臟病學中的常見成像方法。但熒光透視使患者和醫護人員可能會暴露於電離輻射中。這就產生了患者在重複干預期間（尤其是兒童）的問題，同時也是醫療人員必須監測自己的劑量水平的問題。另外一個顯而易見的問題是：熒光透視僅產生2D投影。
磁共振成像（MRI）在指導心臟介入治療方面比透視法具有幾個優點。涉及磁場和射頻（RF）場複雜相互作用的MRI不使用有害的電離輻射，可以允許重複掃描。與基於X射線的成像相比，MRI掃描可以實時三維定位，提供高解析度的軟組織對比度。
圖2：各種聚合物纖維和金屬絲的拉伸強度
嵌入導管軸的傳統金屬編織材料是具有磁性的，因此與MRI不兼容或不安全。這些鐵磁性金屬導致信號損失（偽影）並導致MRI圖像失真。除了這些可見性問題之外，還存在安全風險，這是由於編織中的磁場對金屬施加的力以及結合到導管中的金屬編織物增強物的RF引發的加熱造成的。
最近在加利福尼亞大學放射生物醫學影像學系的Losey AD主導的一項研究中表明，在1.5特斯拉和3特斯拉的MRI掃描期間分析了不同的編織材料。在15分鐘掃描期間，鎳鈦編織物在1.5特斯拉和3特斯拉3.06℃時的溫度升高為0.45℃;後續的鎢和PEEK編織導管測試顯示掃描期間沒有發熱。
編織條件
編織材料要求包括生物相容性，射線不透性，拉伸強度，拉伸模量和材料成本。本文圖表中顯示了機械性能（拉伸模量和拉伸強度）以及單絲和編織材料的相對成本。
MRI兼容性的另一個重要特性是編織材料的磁化率，或放置在磁場中時材料變成磁化傾向的度量。圖表中顯示了普通纖維和金屬編織材料的磁化率。聚合物和人體組織與極低的磁化率指數（ 1×10-2，鐵磁性），即使在離成像區域很遠時也意味著圖像失真。
圖3：各種聚合物纖維和金屬增強材料的相對成本。
由於可以使用不同的模式來導航脈管系統，所以期望具有對於熒光檢查來說不透射線的導管軸並且對於MRI具有低磁化率。
機能纖維
鈦和鎢是生物相容性和X射線和MRI兼容。它們具有相對較低的磁化率指數，並且只有在非常接近成像區域時才會使圖像失真。鎢是高密度金屬（比鉛密度高70％），因此具有高度不透射線性。它還具有較高的拉伸模量和強度，並且比其他貴重金屬（如鈦或鉑）便宜。
圖4.選擇性材料的磁化率
大多數聚合物基編織材料不包括不透射線填充劑，因為可見度（?20％）所需的不透射線填充劑的載入量可能會對纖維強度產生不利影響。目前的發展研究包括將金屬的優異機械性能與MRI兼容聚合物相結合的混合結構。
除了鎢絲的機械性能外，與高性能聚合物材料（例如PEEK）相比，使用鎢增強的導管軸提供了從近端到不透射線遠端的全軸X射線和MRI可見性的多功能性或LCP。
當導管的尺寸（直徑和壁厚）允許纖維具有相對較大的橫截面時，可以使用諸如PET，尼龍或PC的較低成本的纖維。
對製造過程的影響
單絲纖維和金屬絲可以使用編織機以高達400 rpm的速度編織。當導管的壁厚受到尺寸限制時，燈絲/導線的尺寸需要更小。小纖維如0.002英寸 單絲可能需要以較低的速度（175rpm至225rpm）編織以避免不斷的斷裂和磨損。
結論
MRI為血管系統中的加強導管軸的無輻射無創可視化提供了實質性的益處。嵌入導管內的高性能聚合物和非磁性金屬形式的編織材料提供了物理性質的優化，並最小化了MRI下的局部加熱和圖像偽影。與大多數高性能聚合物編織材料相比，X射線和MRI兼容的非磁性金屬編織材料都是非常好的選擇，因為它們的成本更低，可加工性更好。與一些聚合物編織材料相比，金屬材料可以高速編織，可能導致更高的生產量和整體編織機資本設備成本降低。
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