Mri兼容電極電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在磁共振成像(MRI)環(huán)境中使用的帶有組織接觸(tissuecontacting)電極的醫(yī)療設(shè)備，并且具體地涉及一種用于減弱在MRI掃描過程中施加于這種設(shè)備上的電磁場(chǎng)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]MRI作為診斷性成像模式、并且日益作為介入性成像模式已經(jīng)取得成功。MRI較其他成像模式(如X射線)的主要好處包括優(yōu)越的軟組織成像以及避免患者暴露于X射線產(chǎn)生的電離輻射下。MRI的優(yōu)越的軟組織成像能力對(duì)于診斷性成像提供了很大的臨床效益。類似地，傳統(tǒng)上使用X射線成像用于引導(dǎo)的介入性治療一直從MRI軟組織成像能力獲益匪淺。此外，用MRI引導(dǎo)消除了患者顯著暴露于和傳統(tǒng)X射線引導(dǎo)的介入性治療相關(guān)聯(lián)的電離輻射下。
[0003]MRI使用三個(gè)場(chǎng)來使患者解剖結(jié)構(gòu)成像:大的靜磁場(chǎng)、時(shí)變梯度磁場(chǎng)以及射頻(RF)電磁場(chǎng)。靜磁場(chǎng)和時(shí)變梯度磁場(chǎng)配合工作，以建立與靜磁場(chǎng)的質(zhì)子對(duì)準(zhǔn)并且還有患者內(nèi)的空間相關(guān)性質(zhì)子自旋頻率(共振頻率)。在共振頻率下施加的RF場(chǎng)干擾初始對(duì)準(zhǔn)，從而使得當(dāng)質(zhì)子弛豫返回至其初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，弛豫事件發(fā)出的RF可以被檢測(cè)到，并且被處理以產(chǎn)生圖像。
[0004]當(dāng)醫(yī)療設(shè)備靠近或者在外部或內(nèi)部與患者組織接觸時(shí)，與MRI相關(guān)聯(lián)的三個(gè)場(chǎng)中的每個(gè)場(chǎng)給患者帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)重要的安全風(fēng)險(xiǎn)是MRI掃描儀的RF場(chǎng)與醫(yī)療設(shè)備(特別是具有細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)并且電極與組織接觸的醫(yī)療設(shè)備，如起搏器和植入性心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(I⑶)導(dǎo)線中的電極絲(electrode wire)、導(dǎo)絲和導(dǎo)管)之間的相互作用可能引起的發(fā)熱(RF感應(yīng)發(fā)熱)。因此，隨著為更多的患者提供植入性醫(yī)療設(shè)備，并且隨著MRI診斷性成像的使用繼續(xù)盛行和增長(zhǎng)，對(duì)MRI環(huán)境中的安全設(shè)備的需求增加。
[0005]正在開發(fā)多種MRI技術(shù)作為用于引導(dǎo)介入性治療的X射線成像的替代方案。例如，隨著醫(yī)療設(shè)備在介入性治療過程中前進(jìn)通過患者的身體，可以跟蹤其進(jìn)度，從而使得設(shè)備能夠被正確地遞送到目標(biāo)位點(diǎn)。一旦被輸送到目標(biāo)位點(diǎn)，能夠監(jiān)測(cè)設(shè)備和患者組織以改進(jìn)治療遞送。因此，跟蹤醫(yī)療設(shè)備的位置在介入性治療中是有用的。示例性介入性治療包括例如心臟電生理治療，包括用于診斷心律失常的診斷治療和消融治療(如心房顫動(dòng)消融、心室性心博過速消融、心房撲動(dòng)消融、沃-帕-懷綜合征(Wolfe Parkinson White Syndrome)消融、AV節(jié)點(diǎn)消融、SVT消融等等)。使用MRI跟蹤醫(yī)療設(shè)備的位置還在腫瘤治療中是有用的，如乳房、肝和前列腺腫瘤消融；并且在泌尿治療中是有用的，如子宮肌瘤和前列腺腫大消融。
[0006]MRI環(huán)境下與電極絲相關(guān)聯(lián)的RF感應(yīng)發(fā)熱安全風(fēng)險(xiǎn)由RF場(chǎng)與電極絲之間的耦合引起。在這種情況下，存在與加熱相關(guān)的狀況。存在一種狀況，因?yàn)殡姌O絲通過電極與組織電接觸。電極絲中的RF感應(yīng)電流可以通過電極被遞送到組織內(nèi)，從而在組織中產(chǎn)生高電流密度和相關(guān)聯(lián)的焦耳或歐姆組織發(fā)熱。并且，電極絲中的RF感應(yīng)電流可以引起附近組織中的RF能量的局部特定吸收增加，從而升高組織的溫度。前述現(xiàn)象被稱為電介質(zhì)發(fā)熱。即使電極絲不與組織電接觸(例如，如果電極與組織絕緣或者如果不存在電極)也可能發(fā)生電介質(zhì)加熱。此外，電極絲中的RF感應(yīng)電流可能在電極絲本身內(nèi)引起歐姆發(fā)熱，并且所產(chǎn)生的熱量可能傳遞至患者。在這種情況下，重要的是既減少電極絲中存在的RF感應(yīng)電流，也限制遞送至周圍組織的電流。
[0007]用于試圖解決前述問題的方法和設(shè)備是已知的。例如，高阻抗電極絲限制電流并且減少RF感應(yīng)電流；放置在絲/電極接口處的共振LC濾波器可以減少通過電極輸送至身體的電流，放置在絲/電極接口處的非共振部件也可以減少傳輸至身體的電流；并且同徑向電極絲可以用于沿著絲的長(zhǎng)度提供分布式電抗，從而增大絲的阻抗并且減少感應(yīng)電流量。
[0008]雖然前述內(nèi)容試圖減少RF感應(yīng)發(fā)熱，但仍然有很大的問題。例如，高阻抗電極絲限制電極絲的功能性并且不允許有效消融、起搏或傳感。放置在絲/電極接口處的共振LC濾波器內(nèi)在地在共振部件內(nèi)產(chǎn)生大電流強(qiáng)度，從而引起濾波器本身發(fā)熱，有時(shí)超過200°C。此外，絲/電極接口處的共振LC濾波器能夠引起電極絲上的感應(yīng)電流的強(qiáng)反射，并且可以引起使絲本身的溫升增大的駐波，和/或在電極絲附近引起增大的電介質(zhì)發(fā)熱，這進(jìn)而將周圍的組織加熱至可能不能接受的水平，并且可能融化對(duì)其進(jìn)行容納的導(dǎo)管或?qū)Ь€本體。單獨(dú)的非共振部件不提供足夠的衰減來將感應(yīng)電流減少至安全水平。此外，如果導(dǎo)體截面面積太小，這些部件將經(jīng)歷溫升。雖然具有分布式電抗的電極絲(即，盤繞絲)可以減少絲上的感應(yīng)電流，但其不足以阻止絲上的感應(yīng)電流通過電極離開絲。因此，雖然盤繞絲可以工作一定短的長(zhǎng)度或距離，在需要較長(zhǎng)長(zhǎng)度或距離的情況下，盤繞絲自己不提供足夠的阻抗來阻止電流。
[0009]用于減少醫(yī)療設(shè)備(尤其是具有諸如電極絲之類的細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的那些醫(yī)療設(shè)備)中的RF感應(yīng)發(fā)熱的當(dāng)前技術(shù)是不足的。因此，新的電極絲構(gòu)造和導(dǎo)線或?qū)Ч芸偝墒潜匾?，以克服RF能量衰減不足的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的MR兼容電極電路通過提供用于通過減弱醫(yī)療設(shè)備中由MRI感應(yīng)的RF電流來減少組織的RF感應(yīng)發(fā)熱的改進(jìn)設(shè)備和方法解決了傳統(tǒng)電極絲構(gòu)造的缺陷。
[0011]在本發(fā)明的一方面，提供了一種MRI兼容電極電路，該電極電路解決了當(dāng)前技術(shù)的局限性，如RF能量衰減不足。
[0012]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種電極電路構(gòu)造，該電極電路構(gòu)造保持了物理?yè)闲?、可操縱性以及彎曲能力。
[0013]在一方面，本發(fā)明是被適配為可用在植入式或介入性導(dǎo)線或?qū)Ч芸偝芍械碾娐?。每個(gè)電路包括由單絲構(gòu)造的多個(gè)濾波器部件。
[0014]在另一方面，濾波器部件包括兩個(gè)濾波器部件。一個(gè)濾波器部件可以是在電極/絲接口處或其附近的、通過有效地阻止絲上的RF感應(yīng)電流通過電極離開絲來解決衰減不足問題的共振濾波器。第二濾波器部件可以包括沿著絲的長(zhǎng)度定位的、通過在絲上的感應(yīng)電流到達(dá)共振LC濾波器之前使其顯著減弱來解決共振LC濾波器過熱問題的一個(gè)或多個(gè)非共振濾波器或電感器。非共振濾波器還可以使從共振LC濾波器反射的RF電流減弱，由此解決共振濾波器的強(qiáng)反射功率的問題和相關(guān)聯(lián)的電介質(zhì)發(fā)熱。
[0015]在另一方面，非共振濾波器可以包括出于在仍然允許設(shè)備彎曲的同時(shí)比單個(gè)濾波器自己提供更大衰減的目的而放置成極為貼近(如在大致Icm或更小以內(nèi))的多個(gè)(多重)電感器。
[0016]在另一方面，可以形成被放置成極為貼近的多個(gè)非共振濾波器以產(chǎn)生分布式電抗。例如，兩條同徑向纏繞的電極絲可以產(chǎn)生分布式電抗。在替代性實(shí)施例中，三條或更多條同徑向纏繞的電極絲可以包括產(chǎn)生分布式電抗。進(jìn)一步的替代性實(shí)施例可以包括兩條或更多條同軸纏繞的絲用于電極。
[0017]在另一方面，新穎電極電路可以包括單條絲，由此消除了對(duì)鍵合點(diǎn)的需求，降低了絲機(jī)械故障的可能性。
[0018]在另一方面，電極絲具有截面面積，從而使得在例如1.5T MRI的64MHz的MR工作頻率下絲的電阻率低到足夠確保絲的發(fā)熱是最小的。
[0019]在另一方面，電極電路和集成部件可以被構(gòu)造為被集成到1F或更小的導(dǎo)管內(nèi)。
[0020]在另一方面，電極電路可以用于植入式醫(yī)療設(shè)備中，如I⑶、起搏器、神經(jīng)刺激器等等。
[0021]在另一方面，導(dǎo)管或?qū)Ь€裝配(lead assembly)包括具有第一末端和第二末端的細(xì)長(zhǎng)的本體。細(xì)長(zhǎng)的本體在其中限定管腔，管腔接納第一電路和第二電路。第一電路和第二電路各自包括沿著其長(zhǎng)度形成多個(gè)濾波器的電極絲。位于細(xì)長(zhǎng)的本體的遠(yuǎn)端處的尖端電極耦接至第二電極絲。細(xì)長(zhǎng)的本體在第一末端和尖端電極的近端還包括環(huán)形電極。該環(huán)形電極電耦接至第一絲。細(xì)長(zhǎng)的本體的第二末端可操作地耦接至本體的外部或者內(nèi)部的電子控制設(shè)備。在另一方面，第二末端附接至用于感測(cè)心臟活動(dòng)的放大器以及用于刺激心臟組織的起搏電路。第二末端還可以連接至RF消融發(fā)生器，以使例如心臟組織消融。一個(gè)由每條電極絲形成的濾波器可以是在電極/絲接口處或其附近、通過有效地阻止絲上的RF感應(yīng)電流通過電極離開絲來解決衰減不足問題的共振LC濾波器。由每條電極絲形成的第二濾波器可以包括沿著細(xì)長(zhǎng)的本體的長(zhǎng)度定位的、通過在絲上的感應(yīng)電流到達(dá)共振LC濾波器之前使其減弱來解決共振LC濾波器過熱問題的一個(gè)或多個(gè)非共振濾波器或電感器。非共振濾波器還可以使從共振LC濾波器反射的RF電流減弱，由此解決共振濾波器的反射功率強(qiáng)的問題和相關(guān)聯(lián)的電介質(zhì)發(fā)熱。
[0022]在另一方面，導(dǎo)線裝配包括具有第一末端和第二末端的細(xì)長(zhǎng)的本體。多個(gè)電極位于細(xì)長(zhǎng)的本體的遠(yuǎn)端處。多個(gè)電極可以包括尖端電極和任何數(shù)量的環(huán)形電極或者可以包括多個(gè)環(huán)形電極。細(xì)長(zhǎng)的本體在其中進(jìn)一步限定管腔，管腔接納多個(gè)電路。包括多個(gè)電路的每條單獨(dú)的電極絲形成多個(gè)沿著其長(zhǎng)度分布的非共振濾波器或電感器。細(xì)長(zhǎng)的本體的第二末端可以可操作地耦接至本體的外部或內(nèi)部的電子控制設(shè)備、用于感測(cè)心臟活動(dòng)的放大器、RF消融發(fā)生器等等。包括多條電極絲的每個(gè)單獨(dú)的電路還形成在細(xì)長(zhǎng)的本體的遠(yuǎn)端或在電極/絲接口處或附近的、被定位在細(xì)長(zhǎng)的本體的管腔內(nèi)的共振LC濾波器。
[0023]在另一方面，