AIMD · MRI-Compat KB

US10674287B2 Magnet placement and antenna placement of an implant

US10674287B2 Magnet placement and antenna placement of an implant

摘要

  • 问题:磁铁固定在植入体内而其磁矩未与 MRI 静场 B₀ 平行时，B₀ 对磁铁施加对齐扭矩；该扭矩可传给植入体，并造成不适或使植入组件移动。传统把磁铁置于通信线圈边界内的布局，亦被本篇作为降低经皮 RF 链路效率与产生涡流的对照。
  • 方案:将磁铁 160 移到线圈 137 所围边界外；磁铁可置于容器内转动，或采用围绕线圈的环形磁铁 1960。多磁铁阵列可同时承担外部组件保持与两线圈同轴对准。
  • 效果:说明书与权项将可转动磁铁的自对齐表述为降低或消除扭矩；在相同磁铁距离、吸力等条件下，权项 11、12 声明 RF 链路效率至少提高约 5% 或 10%，权项 14 声明涡流至少降低约 50%。这些是设计对比声明，未给实测方法或结果。
  • 形态:适用对象为耳蜗植入的经皮通信组件；实施例包括偏置单磁铁、线圈外周多磁铁、可转动圆盘磁铁与可转动环形磁铁，容器可密封，外覆硅胶体 199。

原理与方案

标注:引号内英文 = 专利 raw 原文;[推导] = 由专利参数与电路模型推出的结论,非专利原文;[推断] = 按 RF/工艺常识的判断,专利未述;[待确认] = 专利未给、需另行定夺的输入或判断。

失效机理

植入磁铁的磁矩 (\mathbf m) 与 B₀ 不平行时，静场施加 (\boldsymbol\tau=\mathbf m\times\mathbf B_0) 的对齐扭矩；磁体不能相对封装转动时，这一力矩由封装及其周围组织承受。[推导][1] 本篇明确把可转动的磁铁置入 MRI 外场后转向外场方向，与减少不适、植入组件移动及磁铁退磁相连。

FIG. 1B 的基线布局中，磁铁 160 位于线圈 137 的封闭边界内。说明书把磁铁间弧形磁场路径穿过线圈与较低的 (Q)、较低的耦合系数 (k) 及涡流并列。[待确认] 这一定性链路叙述不构成 B₀ 致热或 MRI RF 感应电流的验证模型。

解决机理

容器给磁铁 160 留出相对转动自由度后，B₀ 仍使磁矩转向，但稳态时磁矩与 B₀ 对齐，理想磁偶极的力矩趋于零。[推导][1] 该机制消除的是持续对齐力矩；空间梯度所致平动力属于不同物理量。[待确认]

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 12 — 磁铁 160 由板 170、172 夹持，板间距离为 D1 的正常状态。

FIG. 12、FIG. 13 的圆盘实施例中，弹性体使板 170、172 在无外场时贴住磁铁两面，间距 D1 对应磁铁厚度；受 3 T 磁场扭矩后，磁铁旋转并推开两板，间距变为 D2。该图示给出转动所需的行程与封装顺应性。

磁铁移至线圈边界外后，外部磁铁与植入磁铁之间的弧形路径可绕过线圈。FIG. 27 所示路径 2725 的转角超过 180°；FIG. 28 的对照路径穿过线圈；FIG. 30 则说明皮肤很厚或植入很深时，路径 2824 不再满足 90° 弧形路径条件。这个几何前提约束链路主张，并不参与可转动磁铁的 B₀ 自对齐物理。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 27 — 线圈 137 外侧磁铁之间的弧形磁场路径 2725 绕过线圈。

工程实现与取舍

FIG. 7A 把磁铁 160 偏置在线圈 137 外侧；FIG. 8–11 扩展为线圈外周的两枚、三枚或更多磁铁。单枚偏置磁铁可保持外部组件，但外部线圈仍可绕该磁铁轴线转动；多枚磁铁的配对吸引提供角度约束，使外、内线圈趋于同轴。环形磁铁 1960 则把线圈放在环的内周，权项 1、3–7 覆盖环形容器、硅胶体与可转动／密封组合。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 7A — 磁铁 160 位于线圈 137 所围边界外的植入组件平面布局。

可转动方案需要容器、板件与弹性体提供转动空间；磁铁移出线圈中心又使保持、线圈同轴性和外形尺寸依赖磁铁数目、偏置距离及皮肤／植入深度。硅胶体 199 的 slit 180 或预留切口可让术者取出或更换磁铁；与把磁铁置于线圈内的布局相比，外侧布局允许沿线圈平面取出磁铁，无需越过线圈。对于双侧皮层 DBS 导线，本篇只覆盖耳蜗植入的经皮线圈与保持磁铁；可复用的封装空间和经皮链路约束须另行判定。[待确认]

效果与证据

  • B₀ 扭矩机理／结构示意:FIG. 12、FIG. 13 给出磁铁在 3 T 外场下旋转并使板间距由 D1 变为 D2 的示意。它支持“允许转动”的结构逻辑，不是力矩、位移、退磁、组织载荷或不适的实测。
  • 链路性能设计声明:在磁铁至线圈距离、磁铁吸力及其他条件相同的前提下，权项 11 声明 RF link efficiency 至少高约 5%，权项 12 声明至少高约 10%。说明书列出 1% 至 50% 以上的可选范围；未给线圈尺寸、频率、负载、错位、测量仪器或原始数据。
  • 涡流与 Q 设计声明:权项 14 声明，在同一类前提下，磁场路径穿过线圈时的对照相比，magnet 与 coil 的 eddy current generation 至少低约 50%；说明书枚举 1% 至 100% 的范围，并把较高 Q 与较低能量损失相连。没有时变激励、计算模型、仿真设置或实测结果，不能与上述效率百分比互比。
  • MRI 场强陈述:说明书称实施例可暴露于至少 2 T、2.5 T、3 T 或 3.5 T 磁场，且无磁化变化和／或植入体有效移动；未给对应试验条件或结果。

严谨性缺口:

  • 无扭矩、转动角、摩擦、位移、组织载荷、退磁或温升数据；没有 phantom、动物、临床或按 MR 安全标准的验证。FIG. 12、FIG. 13 亦未提供 3 T 下的实测扭矩、D2 数值或转动后残余不适。
  • 将绕过线圈的磁场路径归因于涡流、Q 与 (k) 改善时，缺少可核查的场-路对应、激励频率和电流路径；50% 涡流与 5%／10% 效率均为权项条件声明。
  • 未给磁铁材料、磁矩、容器间隙、D1／D2、板件刚度、线圈参数或皮肤厚度阈值，无法评估转动与保持力之间的工程容差。
  • 未给线圈等效电路、场的时变来源或涡流路径；且无空间梯度或位移力数据，不能据此建立 b0-force 证据。
  • 本篇未作跨专利或行业标签对照；可转动磁铁是否为同类 AIMD 的普遍路径，须由独立来源另行判断。

关联

  1. magnetic-dipole-torque——静磁场中磁偶极的对齐扭矩及其零力矩稳态；概念卡占位。