Mri兼容电极电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在磁共振成像(MRI)环境中使用的带有组织接触(tissuecontacting)电极的医疗设备，并且具体地涉及一种用于减弱在MRI扫描过程中施加于这种设备上的电磁场的方法和设备。
【背景技术】
[0002]MRI作为诊断性成像模式、并且日益作为介入性成像模式已经取得成功。MRI较其他成像模式(如X射线)的主要好处包括优越的软组织成像以及避免患者暴露于X射线产生的电离辐射下。MRI的优越的软组织成像能力对于诊断性成像提供了很大的临床效益。类似地，传统上使用X射线成像用于引导的介入性治疗一直从MRI软组织成像能力获益匪浅。此外，用MRI引导消除了患者显著暴露于和传统X射线引导的介入性治疗相关联的电离辐射下。
[0003]MRI使用三个场来使患者解剖结构成像:大的静磁场、时变梯度磁场以及射频(RF)电磁场。静磁场和时变梯度磁场配合工作，以建立与静磁场的质子对准并且还有患者内的空间相关性质子自旋频率(共振频率)。在共振频率下施加的RF场干扰初始对准，从而使得当质子弛豫返回至其初始对准时，弛豫事件发出的RF可以被检测到，并且被处理以产生图像。
[0004]当医疗设备靠近或者在外部或内部与患者组织接触时，与MRI相关联的三个场中的每个场给患者带来安全风险。一项重要的安全风险是MRI扫描仪的RF场与医疗设备(特别是具有细长的导电结构并且电极与组织接触的医疗设备，如起搏器和植入性心律转复除颤器(I⑶)导线中的电极丝(electrode wire)、导丝和导管)之间的相互作用可能引起的发热(RF感应发热)。因此，随着为更多的患者提供植入性医疗设备，并且随着MRI诊断性成像的使用继续盛行和增长，对MRI环境中的安全设备的需求增加。
[0005]正在开发多种MRI技术作为用于引导介入性治疗的X射线成像的替代方案。例如，随着医疗设备在介入性治疗过程中前进通过患者的身体，可以跟踪其进度，从而使得设备能够被正确地递送到目标位点。一旦被输送到目标位点，能够监测设备和患者组织以改进治疗递送。因此，跟踪医疗设备的位置在介入性治疗中是有用的。示例性介入性治疗包括例如心脏电生理治疗，包括用于诊断心律失常的诊断治疗和消融治疗(如心房颤动消融、心室性心博过速消融、心房扑动消融、沃-帕-怀综合征(Wolfe Parkinson White Syndrome)消融、AV节点消融、SVT消融等等)。使用MRI跟踪医疗设备的位置还在肿瘤治疗中是有用的，如乳房、肝和前列腺肿瘤消融；并且在泌尿治疗中是有用的，如子宫肌瘤和前列腺肿大消融。
[0006]MRI环境下与电极丝相关联的RF感应发热安全风险由RF场与电极丝之间的耦合引起。在这种情况下，存在与加热相关的状况。存在一种状况，因为电极丝通过电极与组织电接触。电极丝中的RF感应电流可以通过电极被递送到组织内，从而在组织中产生高电流密度和相关联的焦耳或欧姆组织发热。并且，电极丝中的RF感应电流可以引起附近组织中的RF能量的局部特定吸收增加，从而升高组织的温度。前述现象被称为电介质发热。即使电极丝不与组织电接触(例如，如果电极与组织绝缘或者如果不存在电极)也可能发生电介质加热。此外，电极丝中的RF感应电流可能在电极丝本身内引起欧姆发热，并且所产生的热量可能传递至患者。在这种情况下，重要的是既减少电极丝中存在的RF感应电流，也限制递送至周围组织的电流。
[0007]用于试图解决前述问题的方法和设备是已知的。例如，高阻抗电极丝限制电流并且减少RF感应电流；放置在丝/电极接口处的共振LC滤波器可以减少通过电极输送至身体的电流，放置在丝/电极接口处的非共振部件也可以减少传输至身体的电流；并且同径向电极丝可以用于沿着丝的长度提供分布式电抗，从而增大丝的阻抗并且减少感应电流量。
[0008]虽然前述内容试图减少RF感应发热，但仍然有很大的问题。例如，高阻抗电极丝限制电极丝的功能性并且不允许有效消融、起搏或传感。放置在丝/电极接口处的共振LC滤波器内在地在共振部件内产生大电流强度，从而引起滤波器本身发热，有时超过200°C。此外，丝/电极接口处的共振LC滤波器能够引起电极丝上的感应电流的强反射，并且可以引起使丝本身的温升增大的驻波，和/或在电极丝附近引起增大的电介质发热，这进而将周围的组织加热至可能不能接受的水平，并且可能融化对其进行容纳的导管或导线本体。单独的非共振部件不提供足够的衰减来将感应电流减少至安全水平。此外，如果导体截面面积太小，这些部件将经历温升。虽然具有分布式电抗的电极丝(即，盘绕丝)可以减少丝上的感应电流，但其不足以阻止丝上的感应电流通过电极离开丝。因此，虽然盘绕丝可以工作一定短的长度或距离，在需要较长长度或距离的情况下，盘绕丝自己不提供足够的阻抗来阻止电流。
[0009]用于减少医疗设备(尤其是具有诸如电极丝之类的细长的导电结构的那些医疗设备)中的RF感应发热的当前技术是不足的。因此，新的电极丝构造和导线或导管总成是必要的，以克服RF能量衰减不足的问题。
【发明内容】
[0010]根据本发明的MR兼容电极电路通过提供用于通过减弱医疗设备中由MRI感应的RF电流来减少组织的RF感应发热的改进设备和方法解决了传统电极丝构造的缺陷。
[0011]在本发明的一方面，提供了一种MRI兼容电极电路，该电极电路解决了当前技术的局限性，如RF能量衰减不足。
[0012]在本发明的另一方面，提供了一种电极电路构造，该电极电路构造保持了物理挠性、可操纵性以及弯曲能力。
[0013]在一方面，本发明是被适配为可用在植入式或介入性导线或导管总成中的电路。每个电路包括由单丝构造的多个滤波器部件。
[0014]在另一方面，滤波器部件包括两个滤波器部件。一个滤波器部件可以是在电极/丝接口处或其附近的、通过有效地阻止丝上的RF感应电流通过电极离开丝来解决衰减不足问题的共振滤波器。第二滤波器部件可以包括沿着丝的长度定位的、通过在丝上的感应电流到达共振LC滤波器之前使其显著减弱来解决共振LC滤波器过热问题的一个或多个非共振滤波器或电感器。非共振滤波器还可以使从共振LC滤波器反射的RF电流减弱，由此解决共振滤波器的强反射功率的问题和相关联的电介质发热。
[0015]在另一方面，非共振滤波器可以包括出于在仍然允许设备弯曲的同时比单个滤波器自己提供更大衰减的目的而放置成极为贴近(如在大致Icm或更小以内)的多个(多重)电感器。
[0016]在另一方面，可以形成被放置成极为贴近的多个非共振滤波器以产生分布式电抗。例如，两条同径向缠绕的电极丝可以产生分布式电抗。在替代性实施例中，三条或更多条同径向缠绕的电极丝可以包括产生分布式电抗。进一步的替代性实施例可以包括两条或更多条同轴缠绕的丝用于电极。
[0017]在另一方面，新颖电极电路可以包括单条丝，由此消除了对键合点的需求，降低了丝机械故障的可能性。
[0018]在另一方面，电极丝具有截面面积，从而使得在例如1.5T MRI的64MHz的MR工作频率下丝的电阻率低到足够确保丝的发热是最小的。
[0019]在另一方面，电极电路和集成部件可以被构造为被集成到1F或更小的导管内。
[0020]在另一方面，电极电路可以用于植入式医疗设备中，如I⑶、起搏器、神经刺激器等等。
[0021]在另一方面，导管或导线装配(lead assembly)包括具有第一末端和第二末端的细长的本体。细长的本体在其中限定管腔，管腔接纳第一电路和第二电路。第一电路和第二电路各自包括沿着其长度形成多个滤波器的电极丝。位于细长的本体的远端处的尖端电极耦接至第二电极丝。细长的本体在第一末端和尖端电极的近端还包括环形电极。该环形电极电耦接至第一丝。细长的本体的第二末端可操作地耦接至本体的外部或者内部的电子控制设备。在另一方面，第二末端附接至用于感测心脏活动的放大器以及用于刺激心脏组织的起搏电路。第二末端还可以连接至RF消融发生器，以使例如心脏组织消融。一个由每条电极丝形成的滤波器可以是在电极/丝接口处或其附近、通过有效地阻止丝上的RF感应电流通过电极离开丝来解决衰减不足问题的共振LC滤波器。由每条电极丝形成的第二滤波器可以包括沿着细长的本体的长度定位的、通过在丝上的感应电流到达共振LC滤波器之前使其减弱来解决共振LC滤波器过热问题的一个或多个非共振滤波器或电感器。非共振滤波器还可以使从共振LC滤波器反射的RF电流减弱，由此解决共振滤波器的反射功率强的问题和相关联的电介质发热。
[0022]在另一方面，导线装配包括具有第一末端和第二末端的细长的本体。多个电极位于细长的本体的远端处。多个电极可以包括尖端电极和任何数量的环形电极或者可以包括多个环形电极。细长的本体在其中进一步限定管腔，管腔接纳多个电路。包括多个电路的每条单独的电极丝形成多个沿着其长度分布的非共振滤波器或电感器。细长的本体的第二末端可以可操作地耦接至本体的外部或内部的电子控制设备、用于感测心脏活动的放大器、RF消融发生器等等。包括多条电极丝的每个单独的电路还形成在细长的本体的远端或在电极/丝接口处或附近的、被定位在细长的本体的管腔内的共振LC滤波器。
[0023]在另一方面，