脳へのさまざまな挿入速度での挿入中の針力と摩擦応力のin vivo評価

背景：対流強化送達（CED）は、薬物を脳組織に直接注入します。針の挿入が必要であり、針トラックに沿ったフローバックと不適切なターゲティングを促進できる組織損傷をもたらします。この研究の目標は、さまざまな挿入速度のための針挿入中の組織接触と損傷の尺度として摩擦応力（針挿入力から計算）を評価することでした。 新しい方法：針挿入中の力と表面くるみは、in vivoでラット脳で測定されました。針収縮力を使用して、摩擦応力を計算しました。これらの測定値は、以前の研究による損傷を追跡するのと比較されました。脳組織と柔らかいヒドロゲルの違いは、挿入速度の変化について評価されました：0.2、2、および10mm/s。 結果：脳組織では、挿入速度の増加とともに平均挿入力と表面のくぼみが増加しました。針組織界面に沿った平均摩擦応力は、挿入速度（0.58±0.27から0.16±0.08 kPa）とともに減少しました。摩擦応力は、脳領域の間で変化しました：皮質（0.227±0.27 kPa）、外部カプセル（0.222±0.19 kPa）、およびCPU（0.383±0.30 kPa）。ヒドロゲルは、挿入速度でくぼみと摩擦応力の反対の傾向を示しました。 既存の方法との比較：以前は、挿入速度による針損傷の増加は、組織学的方法で測定されています。摩擦応力は、組織の損傷の増加と組織の接触の減少とともに減少するように見え、針トラックに沿ってin vivoとリアルタイムの評価の可能性を提供します。 結論：挿入速度の増加とともに力由来の摩擦応力は減少し、白質領域内では小さかった。ハイドロゲルは、脳組織とは反対の傾向を示しました。

BACKGROUND: Convection enhanced delivery (CED) infuses drugs directly into brain tissue. Needle insertion is required and results in tissue damage which can promote flowback along the needle track and improper targeting. The goal of this study was to evaluate friction stress (calculated from needle insertion force) as a measure of tissue contact and damage during needle insertion for varying insertion speeds. NEW METHOD: Forces and surface dimpling during needle insertion were measured in rat brain in vivo. Needle retraction forces were used to calculate friction stresses. These measures were compared to track damage from a previous study. Differences between brain tissues and soft hydrogels were evaluated for varying insertion speeds: 0.2, 2, and 10mm/s. RESULTS: In brain tissue, average insertion force and surface dimpling increased with increasing insertion speed. Average friction stress along the needle-tissue interface decreased with insertion speed (from 0.58 ± 0.27 to 0.16 ± 0.08 kPa). Friction stress varied between brain regions: cortex (0.227 ± 0.27 kPa), external capsule (0.222 ± 0.19 kPa), and CPu (0.383 ± 0.30 kPa). Hydrogels exhibited opposite trends for dimpling and friction stress with insertion speed. COMPARISON WITH EXISTING METHODS: Previously, increasing needle damage with insertion speed has been measured with histological methods. Friction stress appears to decrease with increasing tissue damage and decreasing tissue contact, providing the potential for in vivo and real time evaluation along the needle track. CONCLUSION: Force derived friction stress decreased with increasing insertion speed and was smaller within white matter regions. Hydrogels exhibited opposite trends to brain tissue.