MRI Proof Sensors suitable for Catheterization (MPSC)

MSEs have encountered limitations while pushing the limits of catheter tip sensors performance. The limitations summarized:
- sensors are not immune to electrical signal noise, cross talk, and EM fields;
- sensors are not immune to high magnetic fields, i.e. not suitable for MR imaging;
- extending the amount of sensors on the catheter tip is limited due to cluttering of wires.
A fundamentally different approach using integrated optics is chosen for developing a new generation catheter sensors. The complexity of the design and production problems represents a knowledge gap, that can be bridged in the proposed consortium. This project consists of four work packages, total duration two years, subdivided into four phases. A crucial deliverable of the project is presented at the end of phase IV (WP4), namely a demonstrator integrating pressure and temperature sensors (obtained from WP1) with a newly designed readout system. This system is modularly extendable for future catheter tip sensors. In WP1, pressure- and temperature sensors are developed using two design approaches. In WP2 the influence of downscaling an ultrasound MZI device is explored and the microfabrication process parameters are studied. An additional goal of WP2 is to find the most suitable method for measuring lactate concentration. Among the deliverables five manuscripts: manuscript 1 includes simulations and measurements of the developed pressure and temperature sensors, manuscript 2 answers the question: can a grated fiber be used for measuring pressure and temperature on a tip? Manuscript 3 answers the question: which method is most suitable for measuring lactate concentration on a tip? Manuscript 4 answers the question: does a US intensity detector fit on a catheter tip while obeying the LoR? Manuscript 5 describes the performance of the demonstrator (Phase IV), i.e. integration of T/P sensing with a modular read out system.

Eindrapportage

In het project MRI Proof Sensors suitable for Catheterization (MPSC) heeft een zorgvuldig
samengesteld consortium van MKB-bedrijven, laboratoria en hogescholen zich beziggehouden
met onderzoeksvragen geformuleerd door het werkveld, voornamelijk door partners uit de
medische technolgie, Unitron BV en CDLeycom BV. Zij stuiten op systematische beperkingen bij
de doorontontwikkeling van een kathetertip, onder andere door gevoeligheid voor EM velden en
de resulterende ongeschiktheid bij MRI integratie. Daarnaast wordt het aantal sensoren op de
kathetertip beperkt door de benodigde elektrische bedrading. In het project is voor een aanpak
gekozen dat uitsluitend gebruik maakt van geïntegreerde optica, een ontwerp geheel zonder
elektrische bedrading. Twee veelbelovende ontwerpen zijn nader onderzocht. De aanpak heeft
na twee jaar ontwikkelen geresulteerd in een demonstrator die in staat is in cascade op
meerdere posities druk en temperatuur te meten. Het meetsignaal wordt uitgevoerd met een
enkele optische fiber met een gecallibreerde uitleesunit. Zo is een op microschaal gefabriceerd
drukkamertje met SiNi membraan ontwikkeld waarop een FBG van een ultradun fibertje is
verlijmd. Hiervoor is een microfabricage strategie ontwikkeld, alsmede een strategie voor het
positioneren en verlijmen van meerdere FBG posities van een enkele fiber op een serie
membranen. Er is een (imitatie) hartslagpuls aangeboden en het resulterende optische signaal is
op drie uiteenliggende locaties met succes uitgelezen; het volledige dynamische verloop van de
drukpulsen kon op drie locaties worden gereconstrueerd. In samenwerking met het Haga
ziekenhuis is deze demonstrator gecombineerd met een MRI apparaat; hierbij zijn volgens
verwachting geen storende signalen waargenomen. Naast het ontwikkelen van de demonstrator
zijn enkele verdiepende onderzoeken uitgevoerd, waaronder onderzoek naar een MRI
bestendige ultrasoon sensor en een optische biosignaalstofsensor. De resultaten van de
onderzoeken zijn veelbelovend en vragen allen om vervolgonderzoek. Alle resultaten zijn goed
gedocumenteerd in rapporten, posters en conferentiebijdragen. De demonstrator vertoont enkele
tekortkomingen, waaronder drift, en vervolgonderzoek is noodzakelijk. De ontwikkelde
demonstrator is nog niet marktklaar, maar wel veelbelovend.