可植入mri兼容刺激导线和天线以及相关系统和方法

专利名称：可植入mri兼容刺激导线和天线以及相关系统和方法
技术领域：
本发明涉及介入医学导线(lead)，并且可能尤其适用于MRI兼容的可植入深度脑 刺激(“DBS”)和/或可植入交感神经链刺激导线。
背景技术：
对于受慢性疼痛、帕金森疾病或发作或者其它医学状况困扰的患者，深度脑刺激 (DBS)成为一种可接受的神经外科治疗的治疗模式。还实施或建议了使用交感神经链和/ 或脊髓等的内部刺激的其它电刺激疗法。现有技术DBS系统的一个实例是Medtronic公司的Activa 系统。Activa 系 统包括放置在患者胸腔内的可植入脉冲发生刺激器和以电极设置在神经组织中的方式植 入的具有轴向间隔放置的电极的导线。导线从脑表面下穿到胸腔，将电极与脉冲发生器连 接。这些导线在末端可具有多个暴露的电极，这些电极连接到导体，这些导体沿着导线长度 方向延伸并且连接到放置在胸腔中的脉冲发生器。功能性MRI是一种成像模式，其能够用于评估心脏、神经和/或其它紊乱。对植入 了刺激装置和导线的患者使用MRI可能是令人满意的。然而，当前可获得的导线系统可能 不适于在磁共振成像(MRI)系统中使用。例如，所述装置可能不是MRI兼容的，S卩，它们可 能包含会使MRI图像失真的铁磁材料。同样，当前可获得的导线/探针/电缆系统可能易 于受到不必要的感应RF和/或AC电流和/或组织的局部加热的影响。例如，Medtronic的 Activa 设备推荐在1. 5T磁场下实施MRI成像，而不使用身体线圈，即，仅使用头线圈用 于发射RF激励脉冲。同样，随着诸如3T系统的更高磁场对于MRI成像变得更为普遍(RF 脉冲具有更短波长)，有害RF沉积(deposition)的问题可能增加。人们认为，一些医学过程的临床结果，尤其是那些使用DBS的，可能取决于与感兴 趣组织接触的电极的精确位置。例如，目前，为了治疗帕金森震颤，将DBS探针放置在神经 组织中，电极将信号发射到脑的丘脑区域。然而，已经报道，在约30%的植入有这些装置的 患者中，装置/过程的临床功效并非最优。这可能归因于导线/探针/电极相对于脑或神 经组织的不准确/不精确放置。
诸如RF/微波透热疗法治疗的其它非MRI应用，可使用采用交流电烧灼组织的导 线。在该疗法期间传递的透热疗法交流电可处于约IKHz到350MHz的之间的范围中。在某 些情况下，导线系统可能不合需要地起到天线的作用，在导线暴露的局部组织接收和沉积 电流，由此潜在地增加SAR或比吸收率(specific absorption rate)(测量由人体吸收的 射频(RF)能量的量的一种方法)。虽然如上所述，还需要作为替代的医学导线结构。

发明内容
本发明的一些实施例提供了治疗导线系统。这些导线系统可以包括RF扼流器 (choke)和/或抗感应电流导线。这些导线系统可以是可植入的、MRI兼容的多用途导线系 统，配置成提供内部MRI接收天线和至少一个刺激电极。所述导线可以是相对长的可植入导线，其在人体内具有大于IOcm的长度。该至少 一个电极可以是多个电极，其中一个是记录和/或记录并刺激和/或消融电极。该设备能够是多用途导线系统，其允许使用集成的MRI接收天线的放置和使用电 极的刺激更加精确。该导线系统可具有相对的远端和近端部分，其中近端部分构造成在导 线放置期间位于对象外部。在一些实施例中，近端部分可以可释放地附连于MRI接口或可 植入脉冲发生器。近端部分能够并入连接器中。该远端部分包括多个刺激电极和一 MRI天 线。某些实施例涉及活体内医学刺激探针，其包括(a)细长的导线，具有放置在其远 端部分上的至少一个刺激电极；和(b)多个轴向间隔开的RF扼流器，其在至少一个电极之 前放置在导线的轴向延伸的屏蔽层上和/或内，以抑制感应RF电流形成和/或沿着屏蔽层 传播。该导线可以是弹性的导线，而该至少一个电极可以是多个间隔开的电极。该导线 可包括保持在该导线核心中的多个导体，每个导体用于一个电极。屏蔽层可以是不连续的 并且可构造成在导线的至少主要长度上围绕导体并且在电极之前的导线位置终止。该探针 可包括轴向延伸的初级内屏蔽，其围绕具有多个电极的核心。该不连续的屏蔽层可以是第 二屏蔽层，其基本上柱形地布置在内部初级屏蔽层上。该初级和第二屏蔽都在电极之前的 位置终止。其它实施例涉及长期可植入深度脑刺激和MRI成像探针系统。该系统包括(a)包 括MRI天线的MRI兼容细长导线，所述MRI天线具有用于内部接收局部活体内MRI信号的 轴向延伸径向间隔开的第一和第二屏蔽层；(b)至少一个电极，保持在导线的远端部分上， 并且在操作中构造成产生刺激脉冲来刺激脑深部神经组织；(c)与该至少一个电极通信的 刺激电路；⑷与MRI天线通信的MRI信号接收电路；(e)与刺激和接收电路通信的分流器 电路，用于选择性地电连接MRI接收或刺激电路；以及(f)用于抑制导线的第二屏蔽层上的 RF感应电流的装置。又一些其它实施例涉及MRI兼容深度脑刺激和成像探针系统。所述系统包括(a) 弹性细长探针主体，具有相对的近端和远端部分，探针主体包括布置在远端部分上的多个 电极；(b)置于该导线核心中的多个导体，一个导体用于一个电极；(c)轴向延伸内部屏蔽， 在该多个导体的至少大部分长度上围绕该多个导体；(d)轴向延伸并与内部屏蔽径向分隔开的第二屏蔽；(e)轴向延伸的第一绝缘/电介质层，布置在内部屏蔽和第二屏蔽中间；(f) MRI天线，由探针主体保持在其远端部分；(g)与MRI天线通信的RF发射去耦电路；以及(h) 附连于探针主体的近端部分的至少一个连接器，构造成为每个电极保持一个导体发射线。又一些其它实施例涉及医疗箱。所述医疗箱包括细长的已灭菌的生物兼容及MRI 兼容的导线，该导线具有相对的远端和近端部分。该导线包括MRI天线、位于远端部分上的 多个刺激电极以及布置在导线的屏蔽层中的多个轴向间隔开的RF扼流器。该导线构造成 具有与第一和第二操作模式相关联的选择性操作第一和第二电传输路径。在MRI操作期 间，第一传输路径连接MRI天线和MRI扫描器并使电极去耦，而在电刺激或记录期间，第二 传输路径连接电极及刺激或记录源。另外的实施例涉及放置和操作深度脑刺激探针的方法。该方法包括(a)将弹性细长导线插入对象的脑部，该导线包括MRI天线和位于其远端部分上的至少一个刺激电 极；(b)将导线连接到与分流器电路通信的MRI扫描器接口，所述分流器电路具有至少两个 不同的电传输路径，第一路径用于MRI操作而第二路径用于刺激操作；(c)使用第一传输路 径从MRI天线中获取与最接近MRI天线的局部神经组织相关的MRI信号；(d)基于来自获 取步骤的数据将导线上的电极放置在脑中的期望位置；然后(e)使用第二传输路径用电极 刺激神经组织；以及(f)将该导线构造成抑制RF感应电流的形成和/或传输。使用相同的 导线执行刺激和获取步骤。其它实施例涉及计算机程序产品，其用于操作具有MRI天线的多用途MRI兼容刺 激探针。该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，在介质中嵌入了计算机可读程序代 码。该计算机可读程序代码包括可控制地结合多种不同模式中至少一种的所需操作模式的 计算机可读程序代码，所述多种不同模式包括用于具有至少一个电极和MRI天线的MRI兼 容刺激探针的第一和第二操作模式。第一操作模式具有在MRI操作期间连接MRI天线和MRI 扫描器并使电极去耦的第一传输路径，而第二操作模式具有在电刺激或记录期间连接电极 和刺激或记录源的第二传输路径。该计算机可读程序代码可以配置成安排选择第二操作模式的时间，使该选择发生 在第一操作模式中由MRI天线采集MRI信号之后但时间上最接近。该计算机可读程序代码 可以配置成基本实时地、接近在第一操作模式中由MRI天线采集MRI信号的时间，获取局部 组织的微记录。该计算机可读程序代码可以配置成基本实时地获取接近MRI天线的局部神 经组织的多个MRI信号，然后获取该局部神经组织的多个微记录，以允许临床医生使用MRI 数据和音频数据跟踪探针的放置。又一些其它实施例涉及MRI兼容治疗刺激探针，其包括(a)细长的弹性探针主 体，具有置于其中的轴向延伸内腔；(b)至少一个电极，由探针主体的远端部分保持；以及 (c)至少一个轴向延伸导体，构造成可滑动地延伸进入探针主体的腔内，该至少一个导体相 对于探针主体具有增加的刚性。在放置在体内的过程中，该至少一个导体与探针主体协作 并且定义了活体内MRI天线，用于获取进行MRI位置引导的MRI信号。在放置之后，该至少 一个导线能够从探针主体移除，留下探针主体在人体内合适的位置。套管可构造成插入位于患者颅骨内的钻孔中，刺激探针和MRI天线探针可以构造 成用于通过套管引导到脑深部放置。在一些实施例中，套管构造成当MRI天线探针保持在套管内部时，套管与MRI天线探针协作以定义MRI接收天线。在特定实施例中，套管包括导电屏蔽层，在放置在体内的 过程中，其与MRI天线探针协作以定义MRI接收天线，用于获取将刺激电极放置在同一探针 上的MRI位置引导的MRI信号。将在下面进一步描述这些和其它实施例。


图1是根据本发明实施例的具有可植入刺激导线的医疗箱的示意图。图2是根据本发明实施例的具有植入的MRI兼容的深度脑刺激导线的对象的图像。图3A是根据本发明实施例的刺激导线的侧视图。图3B是沿着线3B-3B的图3A中所示设备的横截面视图。图3C是根据本发明实施例的具有线性和/或可延伸电极的探针的示意性侧视图。图4是根据本发明实施例的图3A中所示的设备的电示意图。图5A是根据本发明实施例的多用途探针的局部分解示意性图示。图5B是示出了探针腔室而没有中心导体的图5A中所示探针的横截面视图。图5C是示出了探针腔室持有中心导体的图5A中所示探针的横截面视图。图6是根据本发明实施例的双模式导线操作电路的结构图。图7A是根据本发明实施例的另一操作电路的结构图。图7B是根据本发明实施例的操作电路的又一结构图。图8A是根据本发明实施例的分流器电路的示意性图示。图8B是图8A中所示的电路的端视图。图9是根据本发明实施例构造成将MRI兼容刺激探针插入适当位置的MRI引导固 定系统的示意性图示。图IOA是根据本发明其它实施例的双探针系统的示意性透视图示。图IOB是根据本发明实施例的双探针医疗箱的示意图。图11是根据本发明实施例的数据处理系统的结构图。
具体实施例方式现在，在下文中将参考随附附图更完整地描述本发明，在附图中示出了本发明实 施例。然而，本发明可以以多种不同形式表现，并且不应解释为局限于在此阐述的实施例； 更确切地，提供这些实施例使得本公开内容将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员 完整地表达了本发明的范围。全文中，相同的附图标记指示相同的元件。将意识到，虽然 就某一天线实施例进行讨论，但是一个导线系统实施例的特征或操作能够应用到其它实施 例。在附图中，除非另外指定，线、层、特征、部件和/或区域的厚度可能是为了清楚起 见而夸大的，而虚线图示了可选择的特征或操作。另外，除非另外特别指示，操作(或步骤) 的顺序不局限于在权利要求中呈现的顺序。将理解的是，当诸如层、区域或基板的特征称为 在另一特征或元件“之上”时，其能够直接位于其它元件之上或者还可能存在居间元件。相 反地，当一个元件称为“直接”位于另一特征或元件“之上”时，不存在居间元件。还将理解的是，当一个特征或元件称为“连接”或“耦合”到另一特征或元件时，其能够直接连接到其 它元件或者可能存在其它居间元件。相反的，当一个特征或元件称为“直接连接”或“直接 耦合”到另一元件时，不存在居间元件。虽然参考一个实施例进行描述和图示，但是如此描 述或图示的特征能够应用到其它实施例。除非另外定义，在此所用的所有术语(包括技术和科学术语)，具有与本发明所属 领域的普通技术人员通常所理解的相同的意义。将进一步理解，诸如在通常使用的字典中 定义的那些术语，应当解释为具有它们在相关领域和本说明书的上下文中的意义一致的意 义，并且不应当解释为理想化的和过于形式的意义，除非如在此明确定义。本发明的探针实施例可以构造成刺激人体和对象的任何所需内部区域。该对象可 以是任何对象，并且可以尤其适于动物和/或人类对象。一些探针实施例的尺寸和构造适 用于脑部刺激，通常为深度脑刺激。一些探针实施例可构造成刺激交感神经链的所需区域。 其它实施例可针对其它解剖结构、器官或特征，包括深组织、内腔等。例如，本发明的探针系 统可以构造成治疗心脏、胃肠、泌尿或其它身体区域。在美国专利No. 6，708，064 ;6，438，423 ;6，356，786 ;6，526，318 ;6，405，079 ； 6，167，311 ；6, 539，263 ；6, 609，030和6，050，992中描述了已知刺激治疗和/或目标身体区
域的实例，所述文献的内容在此全部引入作为参考。现在，下面将参考附图详细描述本发明实施例。图1图示了医疗箱10，其包括具有 至少一个刺激和/或消融电极25的至少一个刺激导线或探针20。该至少一个电极25在图 1中示为三个基本上圆柱形、轴向间隔开的电极。术语“导线”和“探针”能够可互相交换地 用于指示用于支撑刺激电极25的主体。能够使用其它数量的电极以及其它电极结构。图 3A图示了 4个电极25，而图3C图示了电极25可以是基本上线性的电极25，其能够相对于 探针主体平移以延伸出其端部和/或侧壁部分以提供附加(通常可单独选择地)刺激和/ 或传感选项。可以想到，可以使该(多个)电极能够的尺寸和结构“适合”所需内部目标， 该目标可以是相对小的区域，诸如小于约l_3mm。通常，如图1中所示，该(多个)电极25 可保持在探针主体的远端部分上。探针主体近端部分上的连接器30可构造成在导线安置 期间位于身体之外。探针主体的近端部分可构造成经由相应的连接器40c、50c可释放地啮 合MRI扫描器接口 40或可植入脉冲发生器50。如由虚线所示，医疗箱10还可以有选择地包括具有可植入导线51和连接器50c 的至少一个可植入脉冲发生器50。该发生器和导线50、51还可包括MRI兼容材料和/或部 件。另外，任选地，医疗箱10可包括MRI接口导线41和/或MRI扫描器接口 40。MRI接口 40和/或导线41可以是标准器械，在使用不同探针20的多种过程中都可使用。导线41、 连接器40c和/或MRI接口 40可以提供为医疗箱10中的一次性使用消毒部件或者在使用 之间由诊所消毒。探针20通常是细长的弹性探针，包括诸如聚合物的弹性材料的外层，该 外部层在探针主体的外表面上延伸，而留下构造成接触人体内合适位置的组织的(多个) 电极25。探针20包括至少一个导体导线26 (图3B)，其将电极25电连接到远程输入或输 出源，诸如MRI扫描器接口 40或可植入脉冲发生器50。(多条)导线26能够包括任何合 适的材料，在一些实施例中可以包括诸如镍钛诺(Nitinol)的形状记忆合金。用于可植入 脉冲发生器50的连接器50c可以配置成具有比MRI导线连接器40c更小的外形，因为其可 能构造成植入到对象的皮肤下用于长期刺激。
如图1中所示，在一些实施例中，医疗箱10还可以包括MRI兼容的基本刚性的套 管75和/或相对于探针具有增加的刚性的套管75，其构造成可滑动地接收探针主体的至少 远端和中间部分以将探针20引导到合适的位置中。和接口导线41 一样，套管75可以是一 次性使用的并且提供为医疗箱75中的消毒部件，或者其可以作为标准部件重复使用并且 由用户/诊所消毒。套管75可根据所需人体进入位置而构造；例如，对于口腔进入，套管75 可形成为咬块、鼻腔或者耳塞元件，而对于如放置在脊柱中的非神经使用，可不需要套管。对于MRI兼容的使用，套管75、探针20、MRI接口电缆41和连接器40c可包括非 磁MRI兼容材料，并且配置成在高磁场环境中工作。如上所述，在一些实施例中，可植入脉 冲发生器50以及可植入导线51和连接器50c还可以包括MRI兼容的材料以允许对象的安 置后的MRI询问。在一些实施例中，探针20包括MRI天线35，其配置成在MRI过程期间拾取局部组 织中的MRI信号。MRI天线35能够配置成位于探针20的远端部分上。在一些实施例中， 天线35具有约l-5cm的焦距或信号接收长度，并且通常配置成具有一观察长度，以接收来 自约1-2. 5cm的局部组织的MRI信号。MRI天线35在图3B和图4中示为包括同轴天线。 然而，能够使用其它天线结构，诸 如，鞭状天线、线圈天线、无环天线(loopless antenna)和 / 或成环天线。参见，例如，美国专利 No. 5,699,801 ；5，928，145 ；6，263，229 ；6，606，513 ； 6，628，980 ；6, 284,971 ；6, 675, 033 ；和6，707，176，所述文献的内容在此全部引入作为参 考。还参见美国专利申请公开 No. US2003/0050557 ；US2004/0046557 ；和 2003/0028095，所 述文献的内容在此全部引入作为参考。图3A-3B图示了具有多个电极25的探针20的一个实施例。至少一个电极25可以 是传感电极(即，微电记录)。通常，一个或多个电极25可能能够既感测又刺激(或消融)。 对于神经使用，脑中不同区域提供了可以确认的不同感测强度、频率和/或音调(Pitch) (通常读数约为1-4微伏)。图3B图示了探针20的核心部分能够配置成保持多个轴向延伸的导体26，通常一 个导体对应一个电极25。在其它实施例中，可以使用比电极数目更多或更少的导体。导体 26可以是静态的并且基本上保持封装在第一绝缘电介质层61中。在其它实施例中，导体 26可以保持在第一电介质材料61中，使得它们能够如图3C所示在轴向和/或基本上向外 或横向方向上平移。再参考图3B，轴向延伸的第一屏蔽层62可围绕第一屏蔽层62。第二 轴向延伸屏蔽层64可在其近端部分电连接到第一屏蔽层62 (其还可以称作初级屏蔽层)。 外部聚合物绝缘层65可围绕内部层61-64同时终止，以通常暴露电极25，从而在操作期间 允许更强的刺激接触。导体26从连接器30延伸到相应的电极25。探针20包括电接地68， 且连接器30连接接地68和每个电极25。图4图示了图3A和图3B中所示的探针20的电示意图。如图所示，初级或第一屏 蔽层62在第一电极25i之前在探针的远端部分终止。初级屏蔽62可以在探针20的远端 部分形成线圈62c。在其它实施例中，初级屏蔽62可终止而不形成线圈(未示出)。在又 一些实施例中，屏蔽62可以在一个或多个电极25之后一定距离形成线圈，包括一直前进到 远端部分(未示出)。在一些实施例中，相应的一个导体26可延伸到一相应的电极25，其 中最长的导体26对应于最远端电极25。(多个)导体26沿着如所示的探针主体的长度可 以基本上是线性的、或者可以形成线圈。如果形成线圈，导体26的线圈可能位于远端部分，仅仅在相应电极25之前，其可增强信号(未示出)。每个电极25通常与至少一个被绝缘的导体26通信。在探针20的近端，导体26连接到连接器30，以便在MRI引导的探针/导线/电缆放置期间，连接到可植入信号发生器 50或者连接到接口电路40。这些被绝缘的导体26通常覆盖有聚合物绝缘套61，并且导电 材料呈圆柱形地铺设以在绝缘体上形成第一屏蔽层62。该屏蔽62逼近电极终止并且不与 导体或电极电接触。第二绝缘体/聚合物/电介质层63还使该屏蔽绝缘以形成多芯同轴 型的电缆系统，其阻抗通常约为10-100欧姆。RF扼流器64rf能够集成或者安装在形式为 第二屏蔽的屏蔽64中，该第二屏蔽是不连续的并且具有多个部分，每部分的长度为λ /4或 更短。如图4中所示，在近端，每个部分或片段64s连接到初级屏蔽62，并且远端可以不电 连接到初级屏蔽62，或者连接到在初级屏蔽62和第二屏蔽64之间的电容164。可使用顶 部绝缘体/聚合物层65使探针主体20b绝缘，电极25除外。如由图4中的轴向箭头所示，天线35的MRI有源部分可以在初级屏蔽62终止的 位置和第一电极25i之间延伸。然而，如上所述，还可以使用其它天线35的结构。如图所 示，第二屏蔽层64包括多个轴向分隔开的RF扼流器64rf。术语“RF扼流器”指的是一种 屏蔽层结构，其提供小于或等于λ/4的电长度(从外部电磁波的观点)以抑制AC(交变电 流，例如透热疗法应用)或RF暴露环境中的RF感应电流或驻波的形成和/或传播。提供 电波长的物理长度可取决于制作探针的材料(诸如介电常数)和其使用时所处的磁场而改 变。在一些实施例中，探针20具有大于10cm、通常为约20cm到约150cm的物理长度。在 一些实施例中，可植入导线段50也可包括沿着目标区域或沿着基本上整个可植入长度形 成的RF扼流器64rf。在图4中所示的实施例中，RF扼流器64rf包括屏蔽64的多个断开 和/或不连续的电绝缘第二屏蔽段。在其它实施例中，RF扼流器64rf可包括一系列轴向 分开的平衡不平衡转换电路(Balim circuit)或其它合适的电路结构。参见，例如美国专 利No. 6，284，971，所述文献的内容在此全部引入作为参考，用于附加描述能够抑制RF感应 电流的RF抑制同轴电缆。如图4中所示，第二屏蔽层64可以在段64s的相对端耦合到第一屏蔽层62。如图 所示，断开的段64s的一端(通常近端部分)直接耦合到屏蔽层62，而另一端(通常远端部 分)电容性耦合到第一屏蔽层62。每个段64s可以构造成以相同的方式或相反不同的电方 式(未示出)与第一屏蔽层62接合。图5A-5C图示了探针20的另一实施例。在该实施例中，探针主体20b构造成限定 轴向延伸的腔27 (图5B)，其尺寸确定成并配置成其中至少具有一个导体26。图5B图示了 探针主体20b，没有导体，腔室27敞开，而图5C图示了导体26在合适的位置。导体26可以 是如图所示的单个导体26或者多个导体(通常结构上绑或捆在一起)。导体26可类似于 引导线(guidewire)构造，一旦探针主体在合适的位置，其就能够从探针主体20释放，并且 /或者在放置期间，可为探针20提供结构刚性。如图5C所示，在合适的位置，导体26可构 造成与其它保持在探针上/内的部件协作，以限定MRI天线35和允许MRI引导。探针20 可提供接地，而导体26能够提供(+)电通路。在插入期间，导体26能够位于探针主体内或 者可以延伸穿过其远端部分。导体26能够在探针20中封装在合适的位置或者可以就地装 配。代替使用内部导体来连接电极，探针主体20b能够包括导电迹线或金属线25t (通常表 面下或在绝缘层65下)，其将电极25连接到(多个)输入/输出源。虽然在图5B和5C中示为具有若干电介质和导电屏蔽层，但也可使用其它探针主体结构以提供所需电极和/或 MRI天线。探针主体腔27和/或导体26可构造成具有可紧密配合的结构，其允许在腔中的 角度调整。例如，导体26的一个外周部分可以平面化、平坦化或粗糙化。虽然未示出，在一些实施例中，探针20可构造成具有一个或多个内腔和出口，其 传递所需细胞、生物和/或药物治疗到诸如脑的目标区域。探针20还可以结合活检和/或 注射针和/或烧灼装置。本发明的实施例提供多功能MRI安全导线或探针20，其至少能够双模式地工作 即，在MRI过程期间，从体内局部组织获取MRI信号，以及在MRI过程期间和/或之后刺激 和/或烧蚀目标组织。在一些实施例中，探针20可长期植入并且能够至少以三种模式工作， 以(1)选择性地感测局部组织中的微电活性，(2)刺激局部组织，以及(3)获取局部组织的 MRI信号。通常连续地或者独立于其它操作地执行每个操作。探针20可构造成用于任何合 适的MRI扫描器中，诸如低磁场(通常约0. 5-1. 0T场)，到常规1. 5T磁场或更高，诸如2T、 3T或者甚至更高。对于本领域技术人员，MRI扫描器是公知的，包括但不局限于SIEMES和 GE MRI系统。探针20构造成既用作MRI天线35也用作刺激探针，可以减少将电极放置在所需 位置所需的时间，提供了提高的位置精确性和/或减少了装置插入脑部或其它目标区域中 的次数。图6图示了电路100，其能够提供探针20的双模式操作。如图所示，电路100包 括分流器电路102，其与对(多个)电极25提供刺激的电极刺激电路110通信。分流器电 路102还与RF发射去耦电路115通信，该去耦电路115与MRI天线RF接收电路120和天 线35通信。一些部件或者所有部件可保持在MRI扫描器接口 40中。在其它实施例中，电 路100的某些或所有部件可保持在连接器30中。一般而言，介入探针系统能够具有多个不同操作模式，这样探针可以与两个或多 个操作传递路径相关联。在一些实施例中，探针可包含具有不同电传递路径的两个初级操 作模式，其使用分流器电路102进行电导向。在操作中，在MRI过程期间，将RF激励脉冲发 射到对象。在RF发射期间，使MRI天线去耦，然后在接收周期期间，使其工作以接收来自局 部组织的信号。刺激电极25通常通过分流器电路102隔离，从而仅MRI天线35是激活的。 MRI接口 40(图1)与MRI扫描器通信，并且可以配置有补充端口以允许可植入脉冲发生器 与其连接，由此在放置过程(确认合适的放置)期间，允许IPG刺激电极，而不使去耦该接 口。在一些实施例中，MRI接口 40可包括独立于IPG操作电极的刺激和/或感测模式。在 其它实施例中，在初始放置和连接到IPG之后，连接器30可从MRI接口断开并连接到IPG， 以及按需要重新连接到MRI接口 40来获得另外的MRI数据和/或图像。在MRI引导的探针20的临床植入期间，探针20能够用作MRI天线35以收集MRI 或NMR数据。任选地，探针20可以用于产生目标内部解剖结构(诸如神经组织)的高分辨 率图像，和/或通过获取MRI信号以及(无论局部信号还是图像)在体内定位电极25的位 置。MRI信号可由外部线圈和/或内部MRI天线35采集。电极25还可用于通过采集来自 目标(神经)解剖结构的电信号而评估位置。图7A和7B图示了不同的电路100，其可以用于提供探针20的不同操作模式。图7A图示了接收来自局部组织的MRI响应信号的MRI天线接收电路135，和在RF发射期间能 够使天线35和电极去耦的RF发射去耦电路135D。电路100还包括电极刺激电路125，其 对电极25提供刺激脉冲，并且可包括电极脉冲滤波电路225和用于收集局部微电信号的记 录电极电路226。图7B图示了电路100可包括控制器200，诸如数字信号处理器，其可形成 分流器电路102(图6)的一部分，用来引导MRI天线模式或电极模式的操作。
图8A是根据本发明一些实施例的示例性分流器电路102的示意性图示，所述分流 器电路102为在成像(MR信号)模式下和感测微电模式下的信号操作提供了不同的传输路 径。图8A图示了电路102可具有两侧，分别为102A、102B,它们基本上互相叠置，如图8B中 所示，其间具有地平面。侧A 102A是具有匹配和调谐部件的MRI天线35有效路径，包括去 耦电容器127、导体连接126 (到各个导体26)、到MRI扫描器131的输入(示为BNC输入)、 到用于电极脉冲信号(EP信号)的多管脚连接器的输入132、PIN二极管128、匹配调谐感应 器129和匹配/调谐电路电容器130。侧B是电极操作电路，配置成用作高通滤波器。如图 所示，到导体26的各个电传输路径包括电容器138 (示为IOOOpF电容器)和64MHz RF阻 塞感应器139。该阻塞感应器139能够变成阻塞使用中的MRI系统的频率(较高的频率用 于较高场的磁体，即，对于质子成像，96MHz用于2T，而128MHz用于3T)。注意，出于易于讨 论的目的，关于侧A和B示出了示例性电路的部件，但是某些电路(或整个电路)可能位于 与所示的不同侧(且不需要位于一侧)。在一些实施例中，探针20能够经由形成于颅骨中的钻孔而放置在脑中，例如位于 丘脑下核或其它深部脑目标。使用探针20的MR成像能够引导在丘脑中或其它所需解剖结 构中提高的放置精确性。此外，能够分析和评估来自局部组织的电信号，以确定电极25的 最终位置。在这期间，探针能够连接到可包括匹配-调谐去耦电路的MRI扫描器接口 40和 分流器电路，以从由局部目标组织产生的电信号中分离MR信号。一旦探针系统合适地放置 在所需解剖部位，则可连接激励器以进行功能的生理确认。如果符合要求，探针的近端部分 能够皮下运送并且连接到植入在胸腔中的信号发生器50。用于使导线伸长或缩短的伸缩系 统可以在探针的近端部分中实现，因为直径/外形在该区域内可能不是重要的考虑。图9示意性地图示了定向(stereotaxis)引导系统400，其能够用于植入探针20。 如本领域技术人员所知，也能够使用其它引导或植入系统。在示出的实施例中，系统400包 括基本上圆形的环401，其固定到患者头部。该环401具有一个或多个旋转半圆形环402，构 造成以基本上笔直的轨迹推进探针20。环401具有定位臂403，其具有MRI基准标记404， 以识别探针20将在其中推进到脑内的长轴平面。执行MR成像以识别探针20远端的位置。 一旦完成，就确定了合适的长轴平面并且将定位/导向臂403固定在该平面中。探针20用 作MRI天线并且在推进到所需解剖结构期间被跟踪，基本上实时地收集由头盖骨解剖结构 产生的电信号。一旦远端电极位于合适的解剖结构，就移除定向引导系统400，而将探针20 留在原位作为植入的DBS导线。探针20可以具有一个或多个内腔，构造成将细胞和/或生物治疗传递到期望的神 经组织。所述内腔可以容纳可延伸的针，其可以从远端或从侧面、近端、远端出探针，或者甚 至穿过电极从探针出去，以将细胞/生物治疗精确地传递到期望的解剖位置目标。这种传 递构造可能是治疗患者的潜在方法，其中细胞/生物治疗传递到期望解剖结构中，且神经 递质/信号发生器在细胞上走动以改变它们的功能。这样，即使信号发生器有故障，细胞(干细胞)可以区分和接管所述功能。MRI能够有效地用于监视脑内治疗的功效。图10A和10B图示了根据本发明其它实施例的双探针系统。在该实施例中，MRI天 线探针120a和刺激探针120b的尺寸和构造使它们能够顺次进入公共套管75。天线探针 120a和刺激探针120b各自可具有至少一个感测电极。每个探针120a、120b可具有刻度尺 或坐标系，其允许天线探针120a用于获取用于找到目标在活体内位置的MRI成像数据。套 管75可包括MRI基准标记(未示出)。然后，天线探针120a能够移除并且由刺激探针120b 代替，基于天线探针120a提供的数据和高精确度地受控插入由天线探针120a定义的位置， 该刺激探针120b能够自动以相同的轨迹前进到相同的位置。两个探针120a、120b的尺寸 和构造使它们能够具有基本上相同的横截面积。在一些实施例中，非导电弹性套管(未示 出)、涂层或其它结构可用于确定探针120a、120b的尺寸，使它们按需要紧贴地与套管75相 配合。在其它实施例中，能够使用插入物调整套管的尺寸以对应于所使用(也未示出)的 探针尺寸。套管75和探针120a、120b是MRI兼容的，并且至少探针120a和120b可以包括 RF扼流器64rf (图4)。在一些实施例中，天线探针35可定义相对小的MRI接收器长度“L”，诸如小于约 5cm，通常约1-2. 5cm，如上所述。如前所述，天线35可以是任意合适的类型并且不局限于同 轴电缆类型(例如，包括上述偶极或无环天线)。套管75能够形成屏蔽层。在一些实施例 中，套管75可以包括聚合物层并且可以包括诸如镍钛诺的MRI兼容导电材料。在一些实施例中，套管75可构造成与天线探针120a协作以限定天线35。套管75 能够提供接地和正信号路径。再参考图4，套管75能够提供一个或多个绝缘层61、63或屏 蔽层62、64，而天线探针120a提供至少一个导体26并且可能提供绝缘层61或屏蔽层62、 64中的一个或多个。在特定实施例中，套管75提供第二屏蔽层64，并且可以包括RF扼流 器 64rf。图10B示出了医疗箱10，可包括两个探针120a、120b，并且可选择包括套管75。天 线探针120a可构造成连接MRI接口 40 (图1)，而刺激探针120b可构造成连接到可植入脉 冲发生器50，它们中的每一个(与各自的导线41、51—起)也可形成医疗医疗箱10’的一 部分。图11是数据处理系统的示例性实施例的框图，其示出了根据本发明实施例的系 统、方法和计算机程序产品。该数据处理系统可以结合在可植入脉冲发生器50和/或MRI 扫描器接口 40中的数字信号处理器中，并且/或者与其通信。处理器410经由地址/数据 总线448与存储器414通信。处理器410可以是任何商业上可获得的或常规微处理器。存 储器414代表所有层次的存储设备，包含用于实施数据处理系统的功能的软件和数据。存 储器414可包括，而不局限于下列类型的设备高速缓冲存储器、ROM、PROM、EPR0M、EEPR0M、 闪存、SRAM 禾口 DRAM。如图11中所示，存储器414可以包括在数据处理系统中使用的多种软件和数据 操作系统452 ；应用程序454 ；输入/输出(I/O)设备驱动器458 ；MRI天线操作或电极操作 模块450;以及数据456。正如本领域技术人员将意识到的，操作系统452可以是适用于数据处理系统的任 何操作系统，例如纽约 Armonk 的 InternationalBusiness Machines 公司的 0S/2、AIX、D0S 0S/390 或 System 390，华盛顿 Redmond 的微软公司的 Windows CE, Windows NT,ffindows95,Windows98,ffindows2000 或其它 Windows 版本，Palm 公司的 Unix 或 Linux 或 FreeBSD^Palm OS, Apple Computer的MacOS，LabView或专有操作系统。I/O设备驱动458通常包括由应 用程序454通过操作系统452访问的软件程序，以与诸如I/O数据端口、数据存储456以及 某些存储器414部件的设备通信。应用程序454说明了实施数据处理系统的各种特征的程 序，并且能够包括至少一个支持根据本发明的操作的应用软件。最后，数据456表示由可位 于存储器414中的应用程序454、操作系统452、I/O设备驱动器458以及其它软件程序使 用的静态和动态数据。虽然例如参考图11中作为应用程序的模块450图解说明了本发明，正如本领域技 术人员将意识到，还可以利用其它结构同时还受益于本发明的教导。例如，模块450还可以 结合到操作系统452、I/O设备驱动器458或数据处理系统的其它这种逻辑分割。因而，本 发明应当不解释为局限于图11的结构，其意图包括能够实现在此描述的操作的所有结构。 此外，模块450能够与诸如MRI扫描器的其它部件通信。1/0数据端口可用于在数据处理系统、产品推进器和剪刀(clipper)机械或另一 计算机系统或网络(例如，因特网)之间传送信息，或者将信息传送到由处理器控制的其它 设备。这些部件可以是诸如在许多常规数据处理系统中使用的常规部件，其可以根据本发 明配置以便如在此所述地运行。该计算机可读程序代码可包括可控地与MRI兼容刺激探针的第 一和第二操作模 式接合的计算机可读程序代码，所述探针具有至少一个电极和MRI天线。第一操作模式具 有在MRI操作期间连接MRI天线和MRI扫描器并使电极去耦的第一传输路径，而第二操作 模式具有在电刺激或记录期间连接电极和刺激或记录源的第二传输路径。该计算机可读程序代码可以配置成安排选择第二操作模式的时间，使该选择发生 在第一操作模式中由MRI天线采集MRI信号之后但时间上最接近。计算机可读程序代码可 以配置成基本实时地、最接近在第一操作模式中由MRI天线采集MRI信号的时间，获取局部 组织的微记录。该计算机可读程序代码可以配置成基本实时地获取接近MRI天线的局部神 经组织的多个MRI信号，然后获取该局部神经组织的多个微记录，以允许临床医生使用MRI 数据和音频数据跟踪探针的放置。某些附图的流程图和结构图在此图示了本发明可能实施方案的可能结构、功能和 操作。在这点上，流程图或结构图中的每个框表示模块、片段或部分代码，其包括一个或多 个用于实施特定逻辑功能的可执行指令。还应当注意到，在一些备选实施方案中，在框中注 释的功能可能不以图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个框事实上可能基本上同时 执行，或者这些框有时可能以相反的次序执行，这取决于有关的功能。在附图和说明书中，已经公开了本发明的实施例，并且虽然采用了特定术语，仅在 通用和描述意义上使用它们，而不是出于限制目的，在权利要求中阐明了本发明的范围。因 而，前述说明书阐释了本发明，但是不解释为限制本发明。虽然已经描述了本发明的一些典 型实施例，本领域技术人员将易于意识到，在典型实施例中可能具有多种修改方案，而本质 上不脱离本发明的新教导和优点。因此，所有这种修改方案意图包括在如权利要求中所定 义的本发明的范围中。在权利要求中，其中使用的装置加功能项，意图将在此描述的结构覆 盖为执行所陈述的功能，不仅是结构上等效，还有等效的结构。因此，应当理解的是，前述说 明书阐释了本发明，而不应认为其限制为所公开的特定实施例，并且所公开实施例的修改方案以及其它实施例意图包括在随附权利要求的范围中。本发明由下列权利要求定义，其 中权利要求的等效包括其中。
权利要求
一种MRI兼容的治疗刺激探针，包括细长弹性探针主体，具有布置在其中的轴向延伸内部腔室；由探针主体的远端部分保持的至少一个电极；以及至少一个轴向延伸导体，构造成可滑动地延伸进入探针主体的所述腔室，该至少一个导体相对于探针主体具有增加的刚性，其中，在体内放置期间，该至少一个导体与探针主体协作并且限定用于获取用于MRI定位引导的MRI信号的活体内MRI天线，并且其中，在放置之后，该至少一个导体能够从探针主体中移除，将探针主体和电极留在体内合适的位置。
2.根据权利要求1的MRI探针，其中该至少一个电极是多个电极，至少其中之一配置为 感测和刺激电极。
3.根据权利要求2的MRI探针，其中该至少一个导体是多个已附连的绝缘的导体。
4.根据权利要求1的MRI探针，其中探针主体包括具有多个轴向间隔开的RF扼流器的屏蔽层。
5.根据权利要求4的MRI探针，其中探针主体包括第一绝缘层、第一屏蔽层、第二绝缘 层和第二屏蔽层，并且其中RF扼流器布置在第二屏蔽层中。
6.一种MRI天线和刺激探针系统，包括 MRI兼容套管，具有轴向延伸的孔；以及延伸弹性的刺激和内部MRI信号采集探针，具有由该探针远端部分保持的至少一个电极；其中该刺激和天线探针构造成可滑动地延伸通过套管孔，并且其中在操作中，套管和 天线探针协作以限定至少一个深部脑MRI信号接收天线的部件。
7.根据权利要求6的MRI天线探针和刺激探针系统，其中套管构造成插入位于患者颅 骨中的钻孔中，并且其中该刺激和MRI天线探针构造成用于深部脑放置。
8.根据权利要求6的MRI天线探针和刺激探针系统，其中套管包括多个基本上同心管 状部件，这些管状部件构造成限定布置在内部导电核心上的轴向延伸的屏蔽，其中所述屏 蔽和核心互相绝缘。
9.根据权利要求6的MRI天线探针和刺激探针系统，其中套管包括导电屏蔽层，其在 定位期间与刺激和MRI天线探针协作以限定MRI接收天线，来获取用于MRI定位引导的MRI信号。
10.根据权利要求9的MRI天线探针和刺激探针系统，其中刺激探针构造成保持植入在 体内。
11.根据权利要求6的MRI天线探针和刺激探针系统，其中该刺激和MRI天线探针包括 多个轴向间隔开的RF扼流器。
12.根据权利要求6的MRI天线探针和刺激探针系统，该系统还包括受控放置系统，其 被配置成当保持在脑中目标区域时确定所述刺激和天线探针的定位位置。
全文摘要
本发明涉及可植入MRI兼容刺激导线和天线以及相关系统和方法，其中的活体内医疗刺激探针包括细长导线，所述导线具有布置在其远端部分上的至少一个刺激电极。该探针可以包括在该至少一个电极之前布置在轴向屏蔽层上和/或屏蔽层中的多个轴向间隔开的RF扼流器，以抑制感应RF电流形成和/或沿着屏蔽层行进。
文档编号A61N1/05GK101829400SQ201010164330
公开日2010年9月15日 申请日期2005年8月9日 优先权日2004年8月9日
发明者P·V·卡马卡 申请人:约翰斯·霍普金斯大学