在mri装置中使用的介入性或非介入性器械的制作方法

在mri装置中使用的介入性或非介入性器械的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种介入性或非介入性器械，如导管、外科设备、活检针、指针、支架或另一侵入性或非侵入性设备，如位置标记，或表面线圈或局部线圈（如头部线圈），其中，这些器械配备MR安全RF传输线或电缆（2、3），其用于将所述器械与相关RF传输/MR接收单元或其他信号处理单元进行连接，以在对检查对象进行MR成像或MR检查期间操作所述器械。基本上，借助于被串联连接到所述传输线或电缆（2、3）的多个熔断器（6）获得或增加MR安全性。
【专利说明】在MRI装置中使用的介入性或非介入性器械
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在对检查对象进行MR成像或MR检查期间使用的介入性或非介入性器械，如导管、外科设备、活检针、指针、支架或另一侵入性或任何非侵入性设备，如位置标记，或表面线圈或如头部线圈的局部线圈，其中，这些器械配备RF传输线或电缆，其用于将所述器械与相关RF传输单元、MR接收单元或其他尤其远程信号接收和/或信号处理单元连接，以在对检查对象进行MR成像或MR检查期间操作所述器械。
【背景技术】
[0002]在MRI装置(或MR扫描器)中，检查对象(通常为患者)被暴露在MRI设备的检查空间内的均匀主磁场(Btl场)，使得检查对象内的核的磁矩趋向于围绕具有平行于Btl场的所有核的一定净磁化的施加的Btl场的轴旋转(拉莫尔进动)。进动的速率被称为拉莫尔频率，其取决于有关的核的具体物理特征和施加的Btl场的强度。
[0003]通过传输正交于B。场的RF激励脉冲(B1场)(借助于RF传输天线或线圈生成RF激励脉冲)以及匹配感兴趣核的拉莫尔频率，激励核的自旋并且将其带入相位，并且获得其净磁化从Btl场的方向的偏转，由此生成相对于净磁化的纵向分量的横向分量。
[0004]在终止RF激励脉冲之后，净磁化的纵向分量和横向分量的MR弛豫过程开始，直到净磁化已经回到其平衡状态。借助于RF/MR接收天线或线圈检测由弛豫过程发出的MR弛豫信号。接收到的MR信号是基于时间的幅度信号，其被傅里叶变换为基于频率的MR频谱信，号并且被处理用于生成 检查对象内的感兴趣核的MR图像。
[0005]以所谓的体线圈(也称为全身线圈)和所谓的表面或局部线圈的形式能够提供以上RF (传输和/或接收)天线，所述体线圈被固定安装在MRI系统的检查空间内，用于对整个检查对象进行成像，所述表面或局部线圈被直接布置在或围绕将要检查的局部区或区域，并且其被构建为例如弹性垫或套管或笼(如头部线圈)的形式。
[0006]而且，在对检查对象和尤其其局部区或区域进行检查和治疗期间频繁地使用介入性器械或医疗设备。这些的器械或设备是，例如，导管、活检针、指针及其他，其用于例如活检、热消融、近距放射疗法、切片选择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传输线(尤其以如同轴线的电屏蔽线形式)或电缆(其通常无屏蔽)，与相关RF发射单元、MR接收单元或其他信号处理或控制单元连接，所述RF传输线或电缆包括至少一个电导体，如电线或带状线(其被应用在如印刷电路板的载体上)。通常已知，当所有这些RF传输线和电缆被引导通过MR成像装置的检查空间并且在对检查对象进行检查或成像期间被暴露到传输RF激励场时，其受到加热。尤其通过由RF激励场在RF传输线或电缆中感应的共振RF共模电流引起这样的加热。
[0008]已经提出了若干个解决方案(如，例如导体的机械分割)，以便抑制驻波，并且以避免这样的加热或使这样的加热最小化，以提供所谓的“MR-安全”的连接线。
[0009]US5, 332，990公开了一种高频安全性熔断器，其包括可熔导体，在其横截面中所述可溶导体至少一个方向上具有大体两倍于RF电流的穿透深度的尺寸。出于保护患者不受局部线圈电路中的局部过量RF负载的目的，该熔断器被公开以适于在MR断层装置中使用。
【发明内容】

[0010]已经揭示，在由导管(B卩，通常在导管的手部构件和在导管远尖端的电极或跟踪线圈等之间)内供给的RF传输线或电缆中的MR成像装置的RF激励场感应，或在导管的手部构件和相关远程操作单元(如RF/MR发射/接收单元或其他信号处理单元)之间的RF传输线或电缆中感应的共振RF共模电流能够引起导管(尤其其远尖端)和RF传输线或电缆本身的严重加热。而且，已经揭示，该加热能够强烈地取决于导管和RF传输线或电缆分别部分地或全部地在检查对象的周围介质内的位置或检查对象的周围介质以外的位置。
[0011]然而，该问题不限于导管，而是通常在细长的导电对象或结构(如引导线、起搏器导线、植入电极和其他，又尤其其远端或尖端)的情况下应用，这可以与MR成像技术固有的电磁RF激励场相互作用。
[0012]如以上提到的，为了避免能够伤害患者的这样的加热，已知提供所谓MR安全传输线(STL)，例如其被分割以抑制驻波共模电流。然而，这样的MR安全传输线通常非常复杂、庞大且昂贵，并且不总是并且在任何环境下如期望那样可靠，或其不允许期望的RF信号的宽带传输，或具有其他缺点。
[0013]本发明的目的是找到针对该问题的解决方案，并且提供具有RF传输线或电缆的介入性或非介入性器械，使得获得上述意义中的增加的MR安全性，由此可靠地预防或至少减小因由检查空间中的MR成像装置生成的RF激励场感应的共振RF共模电流的所述器械或连接的RF传输线或电缆的加热。
[0014]根据权利要求1通过在对检查对象进行MR成像或MR检查期间使用介入性或非介入性器械来解决该目的，所述器械包括RF传输线或电缆，其用于连接器械与信号处理单元，其中，RF传输线或电缆包括串联连接到RF传输线或电缆的多个熔断器，其中，相邻熔断器的彼此距离等于或小于RF共模电流的`有效波长的四分之一，当RF传输线或电缆被暴露到MR成像装置的RF激励场时在RF传输线或电缆中感应所述RF共模电流，并且其中，选择每个熔断器，使得当流过熔断器的电流或由流过熔断器的电流导致的熔断器的温度达到或超过预设阈值时，所述每个熔断器变为至少大体上非传导状态。
[0015]通常，本发明基于这样一种认识，并非任何共振RF共模电流必定导致相关检查对象的危险或不期望的加热，并且通过提供根据权利要求1所述的器械能够有效预防通过这样的电流的加热，而不是抑制这些电流。
[0016]该解决方案的优点是，能够以低成本实现具有高可靠性和简易性的这样的熔断器，并且其不需要大量空间，由此其尤其适于集成到通常具有非常小的横截面的导管中。而且，这样的熔断器不约束经由相关传输线或电缆的RF信号的宽带传输。
[0017]从属权利要求公开了这样的介入性或非介入性器械的有利实施例。
[0018]应当认识到，本发明的特征容许被组合到任何组合中，而不脱离由所附权利要求定义的本发明的范围。
[0019]从参考附图给出的本发明的优选和范例性实施例的以下描述中，本发明的其他细节、特征和优势将变得显而易见。【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1示意性地示出了根据本发明范例性实施例的导管；
[0021]图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的同轴熔断器；以及
[0022]图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的同轴熔断器。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了根据本发明的导管的范例性实施例的一般配置，例如其是MR引导的EP(电生理学)导管。
[0024]所述导管包括手部构件10、外壳或套管11和导管尖端12。所述导管尖端12范例性地包括用于传导例如ECG (心电图)测量结果的第一电极和第二电极4、5。额外地或备选地，尤其在导管的尖端处能够提供用于在MR图像中对导管尖端进行成像并且用于导航目的的跟踪线圈(未指示)、用于温度测量结果的温度传感器(未指示)和可能的其他功能单
J Li ο
[0025]为了连接这些功能单元与上述远程操作单元(如RF生成器、MR/RF信号接收器及其他)，通常在导管尖端12与手部构件10之间的导管内部以及在手部构件10与所述远程单元之间供给RF传输线或电缆。范例性地，图1示出了被连接在手部构件10与第一电极4之间的第一电缆2，以被连接在手部构件10与第二电极5之间的第二电缆3。以单线电缆(当然，也能够提供具有双线的一个常见电缆)的形式实现每个这些电缆2、3，然而，代替这些电缆，例如也能够以同轴线或其他电屏蔽线的形式提供RF传输线。这种的屏蔽线优选用于供给RF信号，例如用于连接跟踪线圈和手部构件10，而(无屏蔽)电缆通常用于连接所述电极或例如温度传感器。
[0026]根据本发明，一个电缆或优选两个第一电缆和第二电缆2、3配备被串联连接到每个电缆的多个熔断器6。选择每个熔断器6，使得如果超过通过相关熔断器的阈值电流值，其释放(并且由此至少大体上使熔断器被连接到的RF传输线或电缆电中断)，选择阈值电流值，使得其导致相关RF传输线或电缆或在其中供给RF传输线或电缆的导管或通过RF传输线或电缆或导管接触的相关检查对象的不可接受的加热。
[0027]备选地，能够选择每个熔断器，使得当由流过熔断器的电流导致的熔断器的温度达到或超过预设阈值温度值时，其释放，再次选择预设阈值温度值，使得其导致相关RF传输线或电缆或其中供给RF传输线或电缆的导管或通过RF传输线或电缆或导管接触的相关检查对象的不可接受的加热。
[0028]所述熔断器6优选以熔化熔断器的形式实现。
[0029]能够以在RF传输线或电缆的相邻部分之间串联连接的已知离散熔断器元件的形式，或通过局部减小相关RF传输线或电缆的横截面的尺寸或面积将其集成到RF传输线或电缆，实现这样的熔化熔断器。也能够以任意顺序在同一个RF传输线或电缆中使用上述两种熔断器。
[0030]尤其在电缆包括电线(wire)(例如，铜电线)或带状线(strip line)的情况下，如果超过期望的阈值电流或相关阈值温度，例如通过局部压纹或冲压电缆中的电线或线的至少一个能够获得这样的局部减小的横截面，使得其烧断(blow)并且由此中断电缆。
[0031]而且，例如以PPTC (聚合物正温度系数)设备(也被称为自恢复熔断器)的形式能够实现所述熔断器。这样的熔断器通过增加其电阻(即，转变为至少大体上非传导状态)不熔化而是释放，并且由此有效地限制具有升高温度的电流(或至少大体上中断熔断器被连接到的RF传输线或电缆)。这些熔断器(相比于熔化熔断器)具有这样的优点:当移除电流并且温度减小时其复位，由此在释放熔断器中的一个或多个之后，不需要更换相关RF传输线或电缆(或导管，这些熔断器被引入导管)。
[0032]也能够使用完成以上功能的其他熔断器，其中，同一个RF传输线或电缆能够包括以任意顺序的不同类型的上述和其他熔断器。
[0033]所述熔断器优选地以规定间隔沿着RF传输线或电缆分布。考虑以下事实选择相邻熔断器6之间的距离L:当导管(或任何RF传输线或电缆)被暴露到MR成像装置的RF激励场时，在RF传输线或电缆中感应共振RF共模电流。得到的RF电流最大值彼此间隔在传输线或电缆中的有效共模波长的一半。如通常已知的，该波长取决于周围介质尤其是检查对象的介电特征，可能在所述周围介质处或其中供给导管。根据检查对象外或部分地或完全地被引入检查对象的导管的目前位置，有效共模波长变化，并且RF电流最大值由此沿着传输线或电缆移位。而且，根据传输线或电缆的外部连接以及例如存在靠近导管或传输线或电缆的那些部分的金属部件(其不被引入检查对象中)，这些最大值能够相应地移位。因此，有效共模波长能够显著变化，并且取决于导管或传输线或电缆的某一应用环境。对于典型的这样的应用和 相关环境条件，其能够在实验室机构中进行测量。
[0034]沿着RF传输线或电缆2、3放置的熔断器6优选远离彼此隔开，使得在相邻熔断器6之间的距离L至少大体上等于或小于当在MR成像或检查期间被暴露到MR成像装置的RF激励场时在RF传输线或电缆中感应的最短有效共模波长的四分之一，其中，最短波长通常是当RF传输线或电缆的相关部分被完全插入检查对象时的波长。如果RF传输线或电缆的某些部分不被引入检查对象，而是例如被提供用于将导管的手部构件10连接到相关操作单元(未指示)，根据周围空气的介电性能，最短有效共模波长通常较长。因此，不必要使沿着RF传输线或电缆的整个长度相邻熔断器6之间的所有距离L相等。
[0035]如果电流最大值超过以上阈值电流或如果由这个电流最大值导致的增加的得到的温度超过以上阈值温度，通过对相邻熔断器6的距离L的这样的选择，熔断器6中的至少一个总是被放置在该电流最大值的附近处或其中，并且释放。
[0036]通过熔断器中的至少一个的这样的释放，抑制或限制共振RF共模电流，由此有效地预防或限制相关RF传输线或电缆和由此导管(尤其其尖端)以及由此检查对象的进一步加热。
[0037]在熔化熔断器的情况下，如果熔化熔断器释放，相关RF传输线或电缆需要被处置，并且被一个新的相关RF传输线或电缆替换。然而，由于以相对低的成本能够实现熔化熔断器并且由此实现相关RF传输线或电缆的事实，这可能是可接受的。而且，在介入性设备的情况下，这通常提供用于仅单次使用以及由此以任何方式进行处置。
[0038]根据本发明的熔断器能够单独使用或额外加入已知解决方案，用于防止由RF感应共模电流(如例如分割电缆)进行加热，以便增加可靠性和安全性。
[0039]尤其熔化熔断器的另一优点是，能够实现释放的一定延迟，由此例如由MR成像装置生成并且在RF传输线或电缆中感应超过阈值电流值的相关峰值电流的非常高但短的RF传输峰将不释放熔断器，这是因为这样的峰值电流将不增加在RF传输线或电缆等中的阈值温度值处或以上的温度，以释放熔化熔断器。由此，提出的用于释放熔断器的阈值电流值不是在熔断器中递送的某一电流或功率的绝对值而是时间平均值。为了达到该目的，能够以延时或缓动熔断器(相比于快动熔断器或快熔熔断器)的形式通过已知方式实现所述熔断器。
[0040]通常，并且如以上提到的，能够通过细金属电线以其最简单的形式实现熔断器，如果达到或超过阈值电流/温度值，所述细金属电线熔化。尤其以大体上任何类型的常规熔化熔断器的形式，这样的熔断器能够作为离散组件被并入RF传输线或电缆。
[0041]然而，尤其在电缆或金属电线的情况下，例如作为在EP导管内部使用的那些，通过使电线局部更细，即，通过减少电线的横截面的面积和尺寸，熔断器能够被集成到每个单一电线中。
[0042]通过借助于专用工具冲压或压纹电线，并且由此通过从原始电线本身有效地创建熔断器，能够以简单的方式获得这一结果。通常，利用电绝缘层尤其以薄漆的形式涂覆这样的电线。在这种情况下，在电线上应用绝缘层之前进行冲压或压纹处理，或者绝缘层是弹性层和/或适当地使工具成形，使得所述层不被冲压或压纹过程损坏。
[0043]当实现这种集成熔化类型的熔断器或选择常规分离的这样的熔断器时，应当优选地确保熔断器熔化之后的间隙足够长，以防止在间隙上生成火花。通常，应当优选进一步确保开放式熔断器的杂散电容小于约10pF，以便在开放式熔断器处呈现足够高的RF阻抗。
[0044]通常，所述熔断器能够被并入用于任何介入性或非介入性设备的任何类型的RF传输线或电缆，在对检查对象进行MR成像期间在MR成像装置中提供所述介入性或非介入性设备或所述介入性或非介入性设备适于在对检查对象进行MR成像期间在MR成像装置中使用。这样的设备的另一实例是主动跟踪导管，其与大多数的血管MR介入具有很大关系。通常，主动跟踪导管含有用于接收MR信号的一个或多个MR跟踪线圈，以已知方法评估所述MR信号，以定位跟踪线圈和由此定位在检查对象的MR图像中导管的相应部分。
[0045]通常，这样的跟踪线圈被放置在导管的尖端，由此要求在跟踪线圈和导管的手部构件之间的导管内部的电缆连接用于接收MR信号的传输。优选地，具有例如0.5mm或更小直径的同轴电缆(微型同轴电缆)用于这样的电缆连接。
[0046]优选提供被串联连接到这样的同轴电缆的熔断器，使得避免由于电缆阻抗和熔断器阻抗的不匹配导致的MR信号反射。通过实现根据图2的同轴熔断器结构能够做到，所述同轴熔断器结构包括内部中心熔断丝(导体)22，其连接同轴电缆的中心导线的相邻端，以及外部圆柱形熔断组件(导体)21，其围绕中心熔断丝22并且其连接同轴电缆的屏蔽的相邻端。而且，在中心熔断丝22和周围的圆柱形熔断组件21之间，优选地提供绝缘材料，由此同轴熔断器和同轴电缆的结构彼此一致并且由此使相关的不匹配最小化。
[0047]已经揭露，为了实现这样的同轴熔断器，优选地考虑以下问题:已经示出了与尤其在主动介入性器械(如导管)的尖端的相当大的加热关联的RF电流值在约0.1A和IA之间的范围内，其中，这个值更高，熔断器应当释放地更快(即，熔断)，以便避免检查对象中的危险的或不需要的热沉积程度。
[0048]假设以上RF电流范围被定义为电流阈值范围，已经揭露，熔断器应当在达到这个阈值范围之后近似约一秒的持续时间之内释放或熔断，以便可靠地避免这种不需要的热沉积。[0049]通过熔化该组件21所需的热量Q与由电流I消耗的功率P的比值能够估计熔化同轴熔断器的外部圆柱形熔断组件21的时间Tm如下:
【权利要求】
1.在对检查对象进行MR成像或MR检查期间使用的介入性或非介入性器械(10、11、12)，所述器械包括RF传输线或电缆(2、3)，其用于将所述器械与信号处理单元进行连接，其特征在于，所述RF传输线或电缆包括多个熔断器(6)，其被串联连接到所述RF传输线或电缆，其中，相邻熔断器(6)具有等于或小于RF共模电流的有效波长的四分之一的彼此距离(L)，当被暴露于MR成像装置的RF激励场时，在所述RF传输线或电缆中感应所述RF共模电流，并且其中，选择每个熔断器(6)，使得当流过所述熔断器(6)的所述电流或由流过所述熔断器的所述电流导致的所述熔断器的所述温度达到或超过预设阈值时，所述每个熔断器变为至少大体上非传导状态。
2.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述熔断器(6)是熔化熔断器和/或PPTC设备。
3.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述熔断器(6)以所述RF传输线或电缆的所述横截面的所述尺寸或面积的局部减少的形式被集成到所述RF传输线或电缆(2、3)。
4.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，以离散熔断器元件的形式实现所述熔断器(6)。
5.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，以延时熔断器或缓动熔断器的形式实现所述熔断器(6)。
6.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述RF传输线是同轴线，并且以包括圆柱形外部导体(21 ;31)和内部中心导体(22)的同轴熔断器的形式实现所述熔断器。
7.根据权利要求6所述的介入性或非介入性器械，其中，所述圆柱形外部导体是圆柱形箔纸(21)。
8.根据权利要求6所述的介入性或非介入性器械，其中，由多条电线提供所述圆柱形外部导体(31)，所述多条电线被布置为在圆柱形的表面上平行于彼此，并且平行于围绕所述内部中心导体的所述圆柱的所述纵轴。
9.根据权利要求1所述的介入性或非介入性器械，其中，所述电缆(2、3)包括至少一个导电电线，所述熔断器(6 )被串联连接到所述导电电线。
10.根据权利要求1所述的以导管形式的介入性器械，包括手部构件(10)、外壳或套管(11)以及所述外壳或套管(11)内的跟踪线圈、温度传感器和ECG电极(4、5)中的至少一个，其中，在所述外壳或套管(11)内引导所述RF传输线或电缆(2、3 )，用于将所述跟踪线圈、温度传感器和ECG电极(4、5)中的至少一个与所述手部构件(10)进行电连接。
11.根据权利要求10所述的介入性器械，其中，提供所述RF传输线或电缆(2、3)，用于将所述手部构件(10)与远程信号接收和/或远程信号处理单元进行连接。
12.根据权利要求1所述的以导管或外科设备或活检针或指针或局部线圈或表面线圈或头部线圈形式的介入性或非介入性器械，其中，提供所述RF传输线或电缆(2、3)，用于将所述器械与远程信号接收和/或远程信号处理单元进行连接。
13.—种MR成像系统，包括根据前述权利要求中的一项所述的介入性或非介入性器械。
【文档编号】G01R33/20GK103781417SQ201280043158
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】J·斯明克, S·魏斯 申请人:皇家飞利浦有限公司