Mr主动跟踪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于磁共振成像(MRI)环境的医疗设备，尤其涉及用于跟踪医疗设备内的线圈的位置的方法和设备。
【背景技术】
[0002]MRI在诊断成像模式并日益在介入成像模式中取得了显著成就。MRI在其他成像方式(例如，X射线)下的主要好处包括优越的软组织成像并避免病人暴露于X射线产生的电离辐射。MRI的优越软组织成像能力在诊断成像方面提供了极大的临床效益。同样地，传统使用X射线成像来引导的介入治疗从MRI的软组织成像能力中极大受益。此外，利用MRI导引消除了病人大面积暴露于与传统X射线引导介入治疗相关的电离辐射。
[0003]MRI利用三种场来显示病人解剖的影像:大静磁场，时变梯度磁场以及射频(RF)电磁场。静磁场和时变梯度磁场协同工作以与静磁场建立质子对准并在病人体内建立空间相关质子自旋频率(谐振频率)。以谐振频率施加的RF场干扰初始对准，使得当质子放松恢复初始对准时，可检测并处理从放松事件发出的RF以创建图像。
[0004]当医疗设备在外部或内部非常接近或接触病人组织时，与MRI相关的三种场中的每种都会对病人产生安全隐患。一个重要的安全隐患是源于MRI扫描仪的RF场和医疗设备之间的交互的热量(RF感应加热)，特别是具有细长导电结构(例如，导管、外壳、导线、支架或管状递送系统中的传输线，ICD引线，起搏器引线，神经刺激器引线等等)的医疗设备。
[0005]多种MRI技术正发展成为用于引导介入治疗的X射线成像的替代。例如，由于在介入治疗期间医疗设备前进通过病人的身体，因此可跟踪其进度，使得可以将该设备正确地递送到靶位。一旦递送到靶位，就可监控设备和病人组织以提高治疗传送。因此，根据医疗设备的位置在介入治疗中是有用的。示例性介入治疗包括，例如，心脏电生理治疗，该心脏电生理治疗包括诊断心律失常的诊断治疗和诸如房颤消融、室性心动过速消融、心房扑动消融、预激综合症消融、AV结消融、SVT消融等的消融手术。利用MRI跟踪医疗设备的位置还可用于诸如乳腺癌、肝癌和前列腺肿瘤消融的肿瘤手术和肾脏去神经消融治疗，以及诸如子宫肌瘤和前列腺肥大消融的泌尿系统治疗和诸如头部神经刺激和深部脑刺激的神经性治疗。因此，随着介入性MRI领域的增长以及更多的患者在MR环境中被插入导管，对于MRI环境中的安全设备的需求将会增加。
[0006]MRI环境下与传输线相关的RF感应加热安全隐患由RF场和细长导体之间的耦合产生。在这种情况下，存在几种与加热有关的情况。
[0007]—种情况存在于:细长导体中的RF感应电流可导致细长导体自身和/或连接到该细长导体的组件的欧姆加热，所产生的热可能传送到病人。在这样的情形中，重要的是既要尝试减少细长导体中的RF感应电流又要限制递送到相连组件中的电流。另一中情况存在于:细长导体中的RF电流耦合至与组织接触的传导结构。在此情况中，在细长导体上感应出的RF电流可以通过未与细长导体有直接电接触的传导结构而被递送到组织中，导致组织中较高的电流强度以及相关联的焦耳或欧姆组织加热。同样，当细长导体被连接至与组织相接触的电路时，感应电流到组织的直接注入可以导致组织中较高的电流强度以及相关联的焦耳或欧姆组织加热。最后，细长导体上的RF感应电流可导致附近组织中RF能量的局部特定吸收增加，从而升高了组织的温度。前述现象被称为电介质加热（dielectricheating)。即便不存在到组织的热接触或电接触，电介质加热也可能发生。
[0008]在MRI环境中使用的许多设备能够从主动跟踪实现于设备上或设备中的一个或多个“跟踪线圈”的位置中获益。然而，这些跟踪系统需要使用诸如同轴线缆、双绞线、三轴线缆等等的传输线。这些传输线作为细长导体会引入上文所述的隐患。
[0009]传统地跟踪MRI环境中的设备的位置，使用图I中所示的跟踪系统。跟踪线圈经由线缆或电路板走线（trace)接收MR信号。然后，调谐电路将跟踪线圈调谐到目标的MR频率。匹配网络将经调谐的跟踪线圈与传输线进行电匹配。传输线将MR信号输送出设备至跟踪接收器。跟踪接收器接收并处理MR信号以确定跟踪线圈的位置。跟踪接收器通常包括匹配网络、低噪声放大器（LNA)、下变频器、模拟至数字转换器和软件来从所接收的信号的频率内容中确定跟踪线圈的位置。跟踪接收器是用于描述（通过各种电路）连接至跟踪线圈的任何子系统的一般术语。然而，本领域的技术人员将认识到，它通常不是被跟踪的设备的一部分。
[0010]近来，跟踪系统已经发展到将一些上述组件从跟踪接收器中移动至跟踪线圈位置。这种修改消除了一些组件，这些组件包括匹配网络和传输线，这会使得与传输线相关联的损耗降低，信号中的噪声降低，以及潜在地整个跟踪系统的信号噪声比的增加。针对本公开来说，我们将这样的系统称为“线圈处的IC(IC at Coil)”跟踪系统，因为这些系统包括在跟踪线圈附近布置集成电路。
[0011]然而，即使利用线圈处的IC跟踪系统，加热并损害病人安全的问题仍然存在。用于将所接收的并被下变频的信号传送至跟踪接收器的线缆仍然会导致先前所述的RF加热问题。此外，当前的实现线圈处的IC跟踪系统的尝试需要从跟踪接收器连接到线圈处的IC的线缆。这些线缆提供电源、地和频率基准信号（用于下变频过程）。所有这些导体产生MR环境中的RF加热隐患。
[0012]此外，如果能够在跟踪线圈位置处完成频率确定（通常意味着估计来自所接收的MR信号的平均频率），那么需要从跟踪线圈传送至跟踪接收器的信息量可被最小化，这降低与MR系统的信号干扰的可能。这还将具有降低跟踪线圈的复杂度的优点。
[0013]因而，需要能够显著地减少可能损害病人安全的RF加热并且另外降低跟踪接收器的复杂度的跟踪系统。
【发明内容】
[0014]本发明解决了线圈处的IC跟踪系统的上述需求，其中消除了传输线。我们将传输线限定为意味着由传导面形成的物体，例如同轴线、带状线、三轴线缆、双绞线等等。因此，所限定的“传输线”不包括光纤线缆或其他不能进行电传导的线缆。
[0015]克服传统传输线和信号线导体的加热问题的跟踪系统的新式配置在这里被描述。通过将某些组件集成到设备的跟踪线圈处，引起加热隐患的高频率的传输线能够被MR安全导体或光纤所替代。此外，本发明是一种在跟踪线圈位置处执行附加信号处理（频率估计、模数转换等等）来减少需要在跟踪接收器中进行的处理的量以及降低被从跟踪线圈位置传递到跟踪接收器的信号与MR成像信号相干扰的可能性的新式配置。
[0016]根据本发明的跟踪系统描述了在MR中将所接收的以及下变频的MR信号安全地传送至跟踪接收器的多种装置。
[0017]本发明包括在MR中安全地对这样的设备提供电力的多种装置。
[0018]本发明还包括提供或创建所需的用于下变频的基准频率的多种装置。
[0019]本发明还包括在跟踪线圈位置处执行主要频率估计的多种装置。
[0020]本发明还包括通过在跟踪线圈位置处进行模数转换或者直接频率估计来消去下变频的多种装置。
[0021]本发明还包括多个跟踪线圈，其中每个跟踪线圈被耦合至相应的IC和通信线。
[0022]本发明还包括多个跟踪线圈，其中的每一个跟踪线圈利用单个通信线被耦合至单个ICo
[0023]本发明还包括多个跟踪线圈，其中的每一个跟踪线圈利用单个通信线被耦合至单个1C，其中IC包含在单个线上传输多个通信信号的诸如复用的方法。
[0024]在一个示意性实施例中，主动（active)跟踪系统包括：至少一个主动跟踪线圈；邻近该主动跟踪线圈的至少一个集成电路；跟踪接收器；被配置用于将所接收的信号传输至跟踪接收器的第一 MR安全装置；以及被配置用于将一个或多个信号从跟踪接收器传送到线圈处的集成电路的第二 MR安全装置。集成电路还可以包括跟踪线圈处的模数转换和频率估计来减少需要在跟踪接收器中进行的处理的数目，从而降低从跟踪线圈位置传递到跟踪接收器的信号与MR成像信号相干扰的可能性。
【附图说明】
[0025]图I示出了通过RF传输线耦合的传统跟踪线圈和跟踪接收器。
[0026]图2示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的一方面。
[0027]图3示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一方面，其中频率估计器电路被放置在线圈处的IC上。
[0028]图4示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一方面，其中模拟至数字转换器被放置在线圈处的IC上。
[0029]图5A和5B示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一可选方面，其中在线圈处的IC处生成基准频率信号。