| dc.description.abstract | Minimally invasive procedure is a term for catheter-based surgical procedures where
surgical instruments are introduced through a minimal size incision in the skin, to reach
internal organs. The surgical instruments are placed at the distal end of the catheter, the
catheter tip, and a handle located on the outside of the patient controls the catheter.
Limited steerability of the catheter can lead to complications and make it challenging to
reach the required positions.
The main objective for this master thesis has been to identify and examine the
possibilities for a precise positioning of catheters in the cardiovascular system, where the
distal end of the catheter can be placed in a exact position. Furthermore, the aim was to
develop proposals for a proof of concept where the treatment device can be positioned as
exactly as possible by available imaging methods, where they are compatible to each
other. The maneuvering area was limited to the left ventricle, where the catheter should
be able to perform mitral valve repair. Ideally, it should be able to reach all points on the
inside of the heart. With these properties, the can be adopted to other procedures, such
as ablation.
Level of experience with cardiologists who perform the minimally invasive procedures
plays an extremely important role in catheter-based surgery. As a metaphor, one can say
that it is physically possible to walk on a line over Niagara Falls without a safety net, there
exist people who master such a challenge. However, is it safe to recommend this to
everyone? The same can be said for catheter-based mitral valve interventions. These are
extremely demanding applications, where it is required extensive experience to perform
procedures with low risks. The challenge mainly lies in the design of the steering
mechanism for the catheter, where a more accurate steerability would make cardiologists
with less experience adopt significantly faster to the procedure.
The master thesis can be divided into two parts; one research and one concept
development part. In the research phase, the current methods for catheter steerability
were investigated and an external test was performed to identify the needs for an
improved steerability. The development phase has been conducted using Osborne's
method, where the catheter was split into the required features and considered
individually. Pugh’s method was conducted to evaluate and rate the various ideas, and the
concepts were further shaped and tested by 3D drawings in SolidWorks.
The project is the first phase of a concept development project for designing a catheter
with improved steerability. Therefore, a final selection of materials or metric
measurements is not completed. The aim of the development work has been to move the
steering mechanism from the catheter handle to the distal end of the catheter. It was
assessed that this relocation could lead to a more precise positioning because of the reduction of drag forces along the catheter path from the handle and to the distal end.
Production methods are partially studied and described, but a complete explanation has
not been made.
The final result of the project is an S-shaped movement in multiple planes, where the
guiding catheter conducts the first bend using conventional techniques. The steerable
catheter makes the second bend by pushing and pulling two wires individually or
simultaneously, forcing the catheter to deflect. This will also make it possible to achieve
omnidirectional deflection. Local rotation in the distal end of the catheter is made possible
by a rotation mechanism, a reel, which controls the rotation with two strands that are
being pulled. The reel makes it possible to obtain precise rotations at the distal end
independently from the rest of the catheter. In addition, a coil made of a shape memory
alloy provides the catheter tip with an elongating movement, where the coil elongates
when voltage is applied. A docking station is connected to the coil spring, where the
operation device is attached. The total system provides the catheter with the possibility
to make an S-shaped movement through all three planes. ______________________ Minimal invasive prosedyrer er en betegnelse på kateter-baserte, kirurgiske inngrep hvor
operasjonsinstrumenter sendes gjennom et minimalt stort snitt i huden, for å nå indre
organer. De kirurgiske instrumentene er plassert i den distale enden av kateteret,
katetertuppen, og kateteret styres fra et håndtak på utsiden av pasienten for å nå de
ønskede og nødvendige posisjonene for å kunne utføre operasjonen. Begrenset
styrbarheten hos kateteret kan imidlertid føre til komplikasjoner og gjøre det utfordrende
å nå de nødvendige posisjonene.
Hovedmålet for denne masteroppgaven har vært å identifisere og undersøke mulighetene
for en nøyaktig posisjonering av katetere i det kardiovaskulære systemet, hvor den distale
enden av kateteret kan plasseres i en eksakt posisjon. Videre er formålet å utvikle forslag
til et konsept hvor behandlingenheten kan plasseres så nøyaktig som mulig ved hjelp av
tilgjengelige avbildningsmetoder, hvor de er kompatible med hverandre.
Manøvreringsområdet har vært begrenset til den venstre ventrikkel, hvor kateteret skulle
være i stand til å utføre mitralklaffreparasjon. Ideelt sett bør det være i stand til å nå alle
punkter på innsiden av hjertet for å kunne brukes i andre prosedyrer, som for eksempel
ablasjon.
Grad av erfaring hos kardiologene som utfører de minimal invasive inngrepene spiller en
ekstremt stor rolle i kateter-basert kirurgi. Som en metafor kan man si at det er mulig å
gå på line over Niagara falls uten sikkerhetsnett. Det eksisterer mennesker som behersker
en slik utfordring, men er det å anbefale for alle? Noe av det samme kan sies om kateterbasert
mitralklaffreparasjon. Dette er ekstremt krevende operasjoner, hvor det
forutsettes lang erfaring for å kunne utføre inngrepene med lav risiko. Mye av
utfordringen ved designet av styrbare kateteret ligger dermed i å gjøre styrbarheten
lettere for kardiologer som ikke nødvendigvis har lang erfaring.
Masteroppgaven kan deles inn i to deler; en forsknings- og en konseptutvikling del. I
forskningsfasen, ble de nåværende metodene for kateterets styrbarheten undersøkt og en
ekstern undersøkelse ble utført for å identifisere behovet for en forbedret styrbarhet.
Utviklingsarbeidet har forgått ved bruk av Osbornes metode, hvor kateteret ble splittet
ned i nødvendige funksjoner og sett på individuelt. Pughs metode er brukt for å vurdere
de ulike idéene, og videre ble konseptene formet og testet ved 3D-tegning i SolidWorks.
Selve prosjektet har omhandlet første fase av et rent konseptutviklingsprosjekt. Det er
derfor ikke foretatt endelige valg av materialer eller metriske mål. Målet for
utviklingsarbeidet har vært å flytte selve styringsmekanismen fra håndtaket av kateteret
til den distale enden av kateteret. Det ble vurdert at dette kunne medføre en mer presis
posisjonering fordi det fjerner de motvirkende kreftene langs katetrets bane fra håndtaket og frem til bevegelsen i den distale enden. Produksjonsmetoder er delvis
studert og beskrevet, men en fullstendig redegjørelse er ikke blitt foretatt.
Det endelige resultatet av prosjektet gir kateteret muligheten til å oppnå en S-formet
bevegelse, hvor guiding-kateteret gjennomfører den første defleksjonen ved hjelp av
konvensjonelle prosedyrer. Den andre defleksjonen utføres av det styrbare kateter, hvor
to wire som blir trukket i vekselvis eller samtidig, tvinger kateteret til å deflektere og gjør
det mulig å oppnå omnidireksjonal defleksjon. Lokal rotasjon i den distale enden av
kateteret er mulig ved hjelp av en rotasjonsmekanisme, formet som en snelle, som styrer
rotasjonen ved hjelp av to tråder som blir trukket i vekselvis. Denne lokale rotasjon gjør
det dermed mulig for kateteret å rotere operasjonsinstrumentet som er forankret på
katetertuppen uten å påvirke den proksimale delen. I tillegg er en springfjær av «shapememory
» materiale festet på kateterspissen, hvor fjæren forlenges når strøm tilføres. Det
totale konseptet, som utgjør resultatet av denne masteroppgaver, gir kateteret mulighet
til å utføre en S-formet bevegelse i tre plan. | nb_NO |
