在mri裝置中使用的介入性或非介入性器械的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種介入性或非介入性器械，如導管、外科設備、活檢針、指針、支架或另一侵入性或非侵入性設備，如位置標記，或表面線圈或局部線圈（如頭部線圈），其中，這些器械配備MR安全RF傳輸線或電纜（2、3），其用于將所述器械與相關RF傳輸/MR接收單元或其他信號處理單元進行連接，以在對檢查對象進行MR成像或MR檢查期間操作所述器械?；旧希柚诒淮?lián)連接到所述傳輸線或電纜（2、3）的多個熔斷器（6）獲得或增加MR安全性。
【專利說明】在MRI裝置中使用的介入性或非介入性器械
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種在對檢查對象進行MR成像或MR檢查期間使用的介入性或非介入性器械，如導管、外科設備、活檢針、指針、支架或另一侵入性或任何非侵入性設備，如位置標記，或表面線圈或如頭部線圈的局部線圈，其中，這些器械配備RF傳輸線或電纜，其用于將所述器械與相關RF傳輸單元、MR接收單元或其他尤其遠程信號接收和/或信號處理單元連接，以在對檢查對象進行MR成像或MR檢查期間操作所述器械。
【背景技術】
[0002]在MRI裝置(或MR掃描器)中，檢查對象(通常為患者)被暴露在MRI設備的檢查空間內的均勻主磁場(Btl場)，使得檢查對象內的核的磁矩趨向于圍繞具有平行于Btl場的所有核的一定凈磁化的施加的Btl場的軸旋轉(拉莫爾進動)。進動的速率被稱為拉莫爾頻率，其取決于有關的核的具體物理特征和施加的Btl場的強度。
[0003]通過傳輸正交于B。場的RF激勵脈沖(B1場)(借助于RF傳輸天線或線圈生成RF激勵脈沖)以及匹配感興趣核的拉莫爾頻率，激勵核的自旋并且將其帶入相位，并且獲得其凈磁化從Btl場的方向的偏轉，由此生成相對于凈磁化的縱向分量的橫向分量。
[0004]在終止RF激勵脈沖之后，凈磁化的縱向分量和橫向分量的MR弛豫過程開始，直到凈磁化已經回到其平衡狀態(tài)。借助于RF/MR接收天線或線圈檢測由弛豫過程發(fā)出的MR弛豫信號。接收到的MR信號是基于時間的幅度信號，其被傅里葉變換為基于頻率的MR頻譜信，號并且被處理用于生成 檢查對象內的感興趣核的MR圖像。
[0005]以所謂的體線圈(也稱為全身線圈)和所謂的表面或局部線圈的形式能夠提供以上RF (傳輸和/或接收)天線，所述體線圈被固定安裝在MRI系統(tǒng)的檢查空間內，用于對整個檢查對象進行成像，所述表面或局部線圈被直接布置在或圍繞將要檢查的局部區(qū)或區(qū)域，并且其被構建為例如彈性墊或套管或籠(如頭部線圈)的形式。
[0006]而且，在對檢查對象和尤其其局部區(qū)或區(qū)域進行檢查和治療期間頻繁地使用介入性器械或醫(yī)療設備。這些的器械或設備是，例如，導管、活檢針、指針及其他，其用于例如活檢、熱消融、近距放射療法、切片選擇和其他侵入性或非侵入性目的。
[0007]以上提到的介入性和非介入性器械通常借助于RF傳輸線(尤其以如同軸線的電屏蔽線形式)或電纜(其通常無屏蔽)，與相關RF發(fā)射單元、MR接收單元或其他信號處理或控制單元連接，所述RF傳輸線或電纜包括至少一個電導體，如電線或帶狀線(其被應用在如印刷電路板的載體上)。通常已知，當所有這些RF傳輸線和電纜被引導通過MR成像裝置的檢查空間并且在對檢查對象進行檢查或成像期間被暴露到傳輸RF激勵場時，其受到加熱。尤其通過由RF激勵場在RF傳輸線或電纜中感應的共振RF共模電流引起這樣的加熱。
[0008]已經提出了若干個解決方案(如，例如導體的機械分割)，以便抑制駐波，并且以避免這樣的加熱或使這樣的加熱最小化，以提供所謂的“MR-安全”的連接線。
[0009]US5, 332，990公開了一種高頻安全性熔斷器，其包括可熔導體，在其橫截面中所述可溶導體至少一個方向上具有大體兩倍于RF電流的穿透深度的尺寸。出于保護患者不受局部線圈電路中的局部過量RF負載的目的，該熔斷器被公開以適于在MR斷層裝置中使用。
【發(fā)明內容】

[0010]已經揭示，在由導管(B卩，通常在導管的手部構件和在導管遠尖端的電極或跟蹤線圈等之間)內供給的RF傳輸線或電纜中的MR成像裝置的RF激勵場感應，或在導管的手部構件和相關遠程操作單元(如RF/MR發(fā)射/接收單元或其他信號處理單元)之間的RF傳輸線或電纜中感應的共振RF共模電流能夠引起導管(尤其其遠尖端)和RF傳輸線或電纜本身的嚴重加熱。而且，已經揭示，該加熱能夠強烈地取決于導管和RF傳輸線或電纜分別部分地或全部地在檢查對象的周圍介質內的位置或檢查對象的周圍介質以外的位置。
[0011]然而，該問題不限于導管，而是通常在細長的導電對象或結構(如引導線、起搏器導線、植入電極和其他，又尤其其遠端或尖端)的情況下應用，這可以與MR成像技術固有的電磁RF激勵場相互作用。
[0012]如以上提到的，為了避免能夠傷害患者的這樣的加熱，已知提供所謂MR安全傳輸線(STL)，例如其被分割以抑制駐波共模電流。然而，這樣的MR安全傳輸線通常非常復雜、龐大且昂貴，并且不總是并且在任何環(huán)境下如期望那樣可靠，或其不允許期望的RF信號的寬帶傳輸，或具有其他缺點。
[0013]本發(fā)明的目的是找到針對該問題的解決方案，并且提供具有RF傳輸線或電纜的介入性或非介入性器械，使得獲得上述意義中的增加的MR安全性，由此可靠地預防或至少減小因由檢查空間中的MR成像裝置生成的RF激勵場感應的共振RF共模電流的所述器械或連接的RF傳輸線或電纜的加熱。
[0014]根據(jù)權利要求1通過在對檢查對象進行MR成像或MR檢查期間使用介入性或非介入性器械來解決該目的，所述器械包括RF傳輸線或電纜，其用于連接器械與信號處理單元，其中，RF傳輸線或電纜包括串聯(lián)連接到RF傳輸線或電纜的多個熔斷器，其中，相鄰熔斷器的彼此距離等于或小于RF共模電流的`有效波長的四分之一，當RF傳輸線或電纜被暴露到MR成像裝置的RF激勵場時在RF傳輸線或電纜中感應所述RF共模電流，并且其中，選擇每個熔斷器，使得當流過熔斷器的電流或由流過熔斷器的電流導致的熔斷器的溫度達到或超過預設閾值時，所述每個熔斷器變?yōu)橹辽俅篌w上非傳導狀態(tài)。
[0015]通常，本發(fā)明基于這樣一種認識，并非任何共振RF共模電流必定導致相關檢查對象的危險或不期望的加熱，并且通過提供根據(jù)權利要求1所述的器械能夠有效預防通過這樣的電流的加熱，而不是抑制這些電流。
[0016]該解決方案的優(yōu)點是，能夠以低成本實現(xiàn)具有高可靠性和簡易性的這樣的熔斷器，并且其不需要大量空間，由此其尤其適于集成到通常具有非常小的橫截面的導管中。而且，這樣的熔斷器不約束經由相關傳輸線或電纜的RF信號的寬帶傳輸。
[0017]從屬權利要求公開了這樣的介入性或非介入性器械的有利實施例。
[0018]應當認識到，本發(fā)明的特征容許被組合到任何組合中，而不脫離由所附權利要求定義的本發(fā)明的范圍。
[0019]從參考附圖給出的本發(fā)明的優(yōu)選和范例性實施例的以下描述中，本發(fā)明的其他細節(jié)、特征和優(yōu)勢將變得顯而易見?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0020]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明范例性實施例的導管；
[0021]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的同軸熔斷器；以及
[0022]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的同軸熔斷器。
【具體實施方式】
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的導管的范例性實施例的一般配置，例如其是MR引導的EP(電生理學)導管。
[0024]所述導管包括手部構件10、外殼或套管11和導管尖端12。所述導管尖端12范例性地包括用于傳導例如ECG (心電圖)測量結果的第一電極和第二電極4、5。額外地或備選地，尤其在導管的尖端處能夠提供用于在MR圖像中對導管尖端進行成像并且用于導航目的的跟蹤線圈(未指示)、用于溫度測量結果的溫度傳感器(未指示)和可能的其他功能單
J Li ο
[0025]為了連接這些功能單元與上述遠程操作單元(如RF生成器、MR/RF信號接收器及其他)，通常在導管尖端12與手部構件10之間的導管內部以及在手部構件10與所述遠程單元之間供給RF傳輸線或電纜。范例性地，圖1示出了被連接在手部構件10與第一電極4之間的第一電纜2，以被連接在手部構件10與第二電極5之間的第二電纜3。以單線電纜(當然，也能夠提供具有雙線的一個常見電纜)的形式實現(xiàn)每個這些電纜2、3，然而，代替這些電纜，例如也能夠以同軸線或其他電屏蔽線的形式提供RF傳輸線。這種的屏蔽線優(yōu)選用于供給RF信號，例如用于連接跟蹤線圈和手部構件10，而(無屏蔽)電纜通常用于連接所述電極或例如溫度傳感器。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，一個電纜或優(yōu)選兩個第一電纜和第二電纜2、3配備被串聯(lián)連接到每個電纜的多個熔斷器6。選擇每個熔斷器6，使得如果超過通過相關熔斷器的閾值電流值，其釋放(并且由此至少大體上使熔斷器被連接到的RF傳輸線或電纜電中斷)，選擇閾值電流值，使得其導致相關RF傳輸線或電纜或在其中供給RF傳輸線或電纜的導管或通過RF傳輸線或電纜或導管接觸的相關檢查對象的不可接受的加熱。
[0027]備選地，能夠選擇每個熔斷器，使得當由流過熔斷器的電流導致的熔斷器的溫度達到或超過預設閾值溫度值時，其釋放，再次選擇預設閾值溫度值，使得其導致相關RF傳輸線或電纜或其中供給RF傳輸線或電纜的導管或通過RF傳輸線或電纜或導管接觸的相關檢查對象的不可接受的加熱。
[0028]所述熔斷器6優(yōu)選以熔化熔斷器的形式實現(xiàn)。
[0029]能夠以在RF傳輸線或電纜的相鄰部分之間串聯(lián)連接的已知離散熔斷器元件的形式，或通過局部減小相關RF傳輸線或電纜的橫截面的尺寸或面積將其集成到RF傳輸線或電纜，實現(xiàn)這樣的熔化熔斷器。也能夠以任意順序在同一個RF傳輸線或電纜中使用上述兩種熔斷器。
[0030]尤其在電纜包括電線(wire)(例如，銅電線)或帶狀線(strip line)的情況下，如果超過期望的閾值電流或相關閾值溫度，例如通過局部壓紋或沖壓電纜中的電線或線的至少一個能夠獲得這樣的局部減小的橫截面，使得其燒斷(blow)并且由此中斷電纜。
[0031]而且，例如以PPTC (聚合物正溫度系數(shù))設備(也被稱為自恢復熔斷器)的形式能夠實現(xiàn)所述熔斷器。這樣的熔斷器通過增加其電阻(即，轉變?yōu)橹辽俅篌w上非傳導狀態(tài))不熔化而是釋放，并且由此有效地限制具有升高溫度的電流(或至少大體上中斷熔斷器被連接到的RF傳輸線或電纜)。這些熔斷器(相比于熔化熔斷器)具有這樣的優(yōu)點:當移除電流并且溫度減小時其復位，由此在釋放熔斷器中的一個或多個之后，不需要更換相關RF傳輸線或電纜(或導管，這些熔斷器被引入導管)。
[0032]也能夠使用完成以上功能的其他熔斷器，其中，同一個RF傳輸線或電纜能夠包括以任意順序的不同類型的上述和其他熔斷器。
[0033]所述熔斷器優(yōu)選地以規(guī)定間隔沿著RF傳輸線或電纜分布?？紤]以下事實選擇相鄰熔斷器6之間的距離L:當導管(或任何RF傳輸線或電纜)被暴露到MR成像裝置的RF激勵場時，在RF傳輸線或電纜中感應共振RF共模電流。得到的RF電流最大值彼此間隔在傳輸線或電纜中的有效共模波長的一半。如通常已知的，該波長取決于周圍介質尤其是檢查對象的介電特征，可能在所述周圍介質處或其中供給導管。根據(jù)檢查對象外或部分地或完全地被引入檢查對象的導管的目前位置，有效共模波長變化，并且RF電流最大值由此沿著傳輸線或電纜移位。而且，根據(jù)傳輸線或電纜的外部連接以及例如存在靠近導管或傳輸線或電纜的那些部分的金屬部件(其不被引入檢查對象中)，這些最大值能夠相應地移位。因此，有效共模波長能夠顯著變化，并且取決于導管或傳輸線或電纜的某一應用環(huán)境。對于典型的這樣的應用和 相關環(huán)境條件，其能夠在實驗室機構中進行測量。
[0034]沿著RF傳輸線或電纜2、3放置的熔斷器6優(yōu)選遠離彼此隔開，使得在相鄰熔斷器6之間的距離L至少大體上等于或小于當在MR成像或檢查期間被暴露到MR成像裝置的RF激勵場時在RF傳輸線或電纜中感應的最短有效共模波長的四分之一，其中，最短波長通常是當RF傳輸線或電纜的相關部分被完全插入檢查對象時的波長。如果RF傳輸線或電纜的某些部分不被引入檢查對象，而是例如被提供用于將導管的手部構件10連接到相關操作單元(未指示)，根據(jù)周圍空氣的介電性能，最短有效共模波長通常較長。因此，不必要使沿著RF傳輸線或電纜的整個長度相鄰熔斷器6之間的所有距離L相等。
[0035]如果電流最大值超過以上閾值電流或如果由這個電流最大值導致的增加的得到的溫度超過以上閾值溫度，通過對相鄰熔斷器6的距離L的這樣的選擇，熔斷器6中的至少一個總是被放置在該電流最大值的附近處或其中，并且釋放。
[0036]通過熔斷器中的至少一個的這樣的釋放，抑制或限制共振RF共模電流，由此有效地預防或限制相關RF傳輸線或電纜和由此導管(尤其其尖端)以及由此檢查對象的進一步加熱。
[0037]在熔化熔斷器的情況下，如果熔化熔斷器釋放，相關RF傳輸線或電纜需要被處置，并且被一個新的相關RF傳輸線或電纜替換。然而，由于以相對低的成本能夠實現(xiàn)熔化熔斷器并且由此實現(xiàn)相關RF傳輸線或電纜的事實，這可能是可接受的。而且，在介入性設備的情況下，這通常提供用于僅單次使用以及由此以任何方式進行處置。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的熔斷器能夠單獨使用或額外加入已知解決方案，用于防止由RF感應共模電流(如例如分割電纜)進行加熱，以便增加可靠性和安全性。
[0039]尤其熔化熔斷器的另一優(yōu)點是，能夠實現(xiàn)釋放的一定延遲，由此例如由MR成像裝置生成并且在RF傳輸線或電纜中感應超過閾值電流值的相關峰值電流的非常高但短的RF傳輸峰將不釋放熔斷器，這是因為這樣的峰值電流將不增加在RF傳輸線或電纜等中的閾值溫度值處或以上的溫度，以釋放熔化熔斷器。由此，提出的用于釋放熔斷器的閾值電流值不是在熔斷器中遞送的某一電流或功率的絕對值而是時間平均值。為了達到該目的，能夠以延時或緩動熔斷器(相比于快動熔斷器或快熔熔斷器)的形式通過已知方式實現(xiàn)所述熔斷器。
[0040]通常，并且如以上提到的，能夠通過細金屬電線以其最簡單的形式實現(xiàn)熔斷器，如果達到或超過閾值電流/溫度值，所述細金屬電線熔化。尤其以大體上任何類型的常規(guī)熔化熔斷器的形式，這樣的熔斷器能夠作為離散組件被并入RF傳輸線或電纜。
[0041]然而，尤其在電纜或金屬電線的情況下，例如作為在EP導管內部使用的那些，通過使電線局部更細，即，通過減少電線的橫截面的面積和尺寸，熔斷器能夠被集成到每個單一電線中。
[0042]通過借助于專用工具沖壓或壓紋電線，并且由此通過從原始電線本身有效地創(chuàng)建熔斷器，能夠以簡單的方式獲得這一結果。通常，利用電絕緣層尤其以薄漆的形式涂覆這樣的電線。在這種情況下，在電線上應用絕緣層之前進行沖壓或壓紋處理，或者絕緣層是彈性層和/或適當?shù)厥构ぞ叱尚?，使得所述層不被沖壓或壓紋過程損壞。
[0043]當實現(xiàn)這種集成熔化類型的熔斷器或選擇常規(guī)分離的這樣的熔斷器時，應當優(yōu)選地確保熔斷器熔化之后的間隙足夠長，以防止在間隙上生成火花。通常，應當優(yōu)選進一步確保開放式熔斷器的雜散電容小于約10pF，以便在開放式熔斷器處呈現(xiàn)足夠高的RF阻抗。
[0044]通常，所述熔斷器能夠被并入用于任何介入性或非介入性設備的任何類型的RF傳輸線或電纜，在對檢查對象進行MR成像期間在MR成像裝置中提供所述介入性或非介入性設備或所述介入性或非介入性設備適于在對檢查對象進行MR成像期間在MR成像裝置中使用。這樣的設備的另一實例是主動跟蹤導管，其與大多數(shù)的血管MR介入具有很大關系。通常，主動跟蹤導管含有用于接收MR信號的一個或多個MR跟蹤線圈，以已知方法評估所述MR信號，以定位跟蹤線圈和由此定位在檢查對象的MR圖像中導管的相應部分。
[0045]通常，這樣的跟蹤線圈被放置在導管的尖端，由此要求在跟蹤線圈和導管的手部構件之間的導管內部的電纜連接用于接收MR信號的傳輸。優(yōu)選地，具有例如0.5mm或更小直徑的同軸電纜(微型同軸電纜)用于這樣的電纜連接。
[0046]優(yōu)選提供被串聯(lián)連接到這樣的同軸電纜的熔斷器，使得避免由于電纜阻抗和熔斷器阻抗的不匹配導致的MR信號反射。通過實現(xiàn)根據(jù)圖2的同軸熔斷器結構能夠做到，所述同軸熔斷器結構包括內部中心熔斷絲(導體)22，其連接同軸電纜的中心導線的相鄰端，以及外部圓柱形熔斷組件(導體)21，其圍繞中心熔斷絲22并且其連接同軸電纜的屏蔽的相鄰端。而且，在中心熔斷絲22和周圍的圓柱形熔斷組件21之間，優(yōu)選地提供絕緣材料，由此同軸熔斷器和同軸電纜的結構彼此一致并且由此使相關的不匹配最小化。
[0047]已經揭露，為了實現(xiàn)這樣的同軸熔斷器，優(yōu)選地考慮以下問題:已經示出了與尤其在主動介入性器械(如導管)的尖端的相當大的加熱關聯(lián)的RF電流值在約0.1A和IA之間的范圍內，其中，這個值更高，熔斷器應當釋放地更快(即，熔斷)，以便避免檢查對象中的危險的或不需要的熱沉積程度。
[0048]假設以上RF電流范圍被定義為電流閾值范圍，已經揭露，熔斷器應當在達到這個閾值范圍之后近似約一秒的持續(xù)時間之內釋放或熔斷，以便可靠地避免這種不需要的熱沉積。[0049]通過熔化該組件21所需的熱量Q與由電流I消耗的功率P的比值能夠估計熔化同軸熔斷器的外部圓柱形熔斷組件21的時間Tm如下:
【權利要求】
1.在對檢查對象進行MR成像或MR檢查期間使用的介入性或非介入性器械(10、11、12)，所述器械包括RF傳輸線或電纜(2、3)，其用于將所述器械與信號處理單元進行連接，其特征在于，所述RF傳輸線或電纜包括多個熔斷器(6)，其被串聯(lián)連接到所述RF傳輸線或電纜，其中，相鄰熔斷器(6)具有等于或小于RF共模電流的有效波長的四分之一的彼此距離(L)，當被暴露于MR成像裝置的RF激勵場時，在所述RF傳輸線或電纜中感應所述RF共模電流，并且其中，選擇每個熔斷器(6)，使得當流過所述熔斷器(6)的所述電流或由流過所述熔斷器的所述電流導致的所述熔斷器的所述溫度達到或超過預設閾值時，所述每個熔斷器變?yōu)橹辽俅篌w上非傳導狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述熔斷器(6)是熔化熔斷器和/或PPTC設備。
3.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述熔斷器(6)以所述RF傳輸線或電纜的所述橫截面的所述尺寸或面積的局部減少的形式被集成到所述RF傳輸線或電纜(2、3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，以離散熔斷器元件的形式實現(xiàn)所述熔斷器(6)。
5.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，以延時熔斷器或緩動熔斷器的形式實現(xiàn)所述熔斷器(6)。
6.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述RF傳輸線是同軸線，并且以包括圓柱形外部導體(21 ;31)和內部中心導體(22)的同軸熔斷器的形式實現(xiàn)所述熔斷器。
7.根據(jù)權利要求6所述的介入性或非介入性器械，其中，所述圓柱形外部導體是圓柱形箔紙(21)。
8.根據(jù)權利要求6所述的介入性或非介入性器械，其中，由多條電線提供所述圓柱形外部導體(31)，所述多條電線被布置為在圓柱形的表面上平行于彼此，并且平行于圍繞所述內部中心導體的所述圓柱的所述縱軸。
9.根據(jù)權利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述電纜(2、3)包括至少一個導電電線，所述熔斷器(6 )被串聯(lián)連接到所述導電電線。
10.根據(jù)權利要求1所述的以導管形式的介入性器械，包括手部構件(10)、外殼或套管(11)以及所述外殼或套管(11)內的跟蹤線圈、溫度傳感器和ECG電極(4、5)中的至少一個，其中，在所述外殼或套管(11)內引導所述RF傳輸線或電纜(2、3 )，用于將所述跟蹤線圈、溫度傳感器和ECG電極(4、5)中的至少一個與所述手部構件(10)進行電連接。
11.根據(jù)權利要求10所述的介入性器械，其中，提供所述RF傳輸線或電纜(2、3)，用于將所述手部構件(10)與遠程信號接收和/或遠程信號處理單元進行連接。
12.根據(jù)權利要求1所述的以導管或外科設備或活檢針或指針或局部線圈或表面線圈或頭部線圈形式的介入性或非介入性器械，其中，提供所述RF傳輸線或電纜(2、3)，用于將所述器械與遠程信號接收和/或遠程信號處理單元進行連接。
13.—種MR成像系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權利要求中的一項所述的介入性或非介入性器械。
【文檔編號】G01R33/20GK103781417SQ201280043158
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年8月29日 優(yōu)先權日:2011年9月6日
【發(fā)明者】J·斯明克, S·魏斯 申請人:皇家飛利浦有限公司