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US11173300B2 Paired medical lead bodies with conductive shields providing destructive interference

US11173300B2 Paired medical lead bodies with conductive shields providing destructive interference

摘要

  • 问题:MRI 的 RF 能量可在导线金属 filar 中感应电流，并使导线和电极处发热。
  • 方案:两根相邻 lead body 的 braided conductive shield 取不同物理参数值，使屏蔽层 RF 耦合后降低 paddle 电极加热。
  • 效果:在给定 64 MHz 场景中，75/134 与 100/200 pics per inch 的较优组合随导线长度而互换；效果以电极加热的相对排序呈现。
  • 形态:两根 lead body 可共同连接同一 paddle，也可各接 electrode；每根 body 的 braid 围绕内部 filar，可通过粘接、熔接或外加 tubing 保持并排。

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

RF 电磁能量耦合进 lead 后，金属 filar 产生感应电流；专利将热沉积位置描述为 medical lead 本体及其电极。单根 lead 的 braided conductive shield 围绕 filar，用以减少“current induced on the filars”，但相同屏蔽参数的并排双 lead 仍留下进一步降热的余量。

缓解机理

两根 lead body 从近端到远端紧邻，屏蔽层在 RF 下电耦合。专利把参数不同的两个屏蔽层所致效应表述为 shield 上 RF wave “results in destructive interference”；这是一项解释降热原因的理论陈述。

[推导] weave density、weave angle、线数、shield diameter 与 braid-wire conductivity 会改变 braid 的分布阻抗和 RF 响应；相消效应的前提是两条 lead 保持足够近，使其 shield 可耦合。

工程实现

FIG. 1 的 system 100 由 stimulation device 102、两根 lead body 104/106 和 distal paddle 108 组成；104/106 全程相邻，loop 110 在保留余量的同时维持这种相邻关系。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 1 —(system 100 中 lead body 104/106 从 stimulation device 102 并排通向 paddle 108，并形成 loop 110。)

FIG. 2 中，jacket body 206 提供结构保护，embedded shield wires 208 构成 braid 并环绕 filar 210；filar 210 经 jumper 216 接 proximal contact 214，经 jumper 212 接 paddle body 202 内 electrode 204。shield wire 可为 tantalum、titanium、MP35N、platinum 或 niobium；filar 可为 MP35N、titanium molybdenum 或 platinum。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 2 —(paddle 108、body 202、electrode 204，以及 jacket 206 内 braid 208 和 filar 210 的横截面侧视结构。)

配对可由植入时定位实现，也可用 glue、melting、共同外层 tubing、heat-shrink layer 或 outer jacket 固定。可分别或组合改变的参数是 weave density/pic rate、weave angle、braid-wire 数、diameter 和 conductivity。FIG. 3 的一组具体结构为 shield 302：100 pics per inch、8 根线（每方向 4 根），shield 304：200 pics per inch、16 根线（每方向 8 根）；另一组仅给出 75/134 pics per inch。FIG. 4–10 展示角度、材料/导电率、线数、非对称线数、间距与直径的变体。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 3 —(paired lead body 104/106 的 braid 302/304 以不同线数和 weave density 构成。)

取舍

参数组合不能脱离导线整体长度和 RF 频率选定；专利明确把优化留给给定 lead design 的 empirical studies。双 lead 的持续相邻是方案的结构前提，植入定位则会使效果依赖实际几何；固定为共同外层可提高该几何的可预测性。

效果与证据

  • 相对热效应，64 MHz:电极距患者头顶约 20 cm、MRI coil 中心距头顶 30 cm，其他 lead body 与 shield 条件基本相同。在 50、60、100 cm lead length 下，75/134 pics per inch 组合的电极加热低于 100/200；在 80、90 cm 下，100/200 低于 75/134。该结论只支持同一场景内的组合排序。
  • 结构证据:FIG. 1–10 与 claims 1、7、15–20 给出并排 lead、共同 paddle 或独立 electrode、以及可变 braid 参数的实现范围。
  • 机理证据:屏蔽差异通过 RF destructive interference 降热为说明书的 belief，按机理假说登记。

严谨性缺口:

  • 无温升、SAR、输入功率、暴露时长、扫描序列、phantom、体内或重复性数据；“produces less heating”不能换算为任何 MR 条件下的安全界限。
  • 未说明 64 MHz 相对排序来自实测、仿真或其他分析，证据等级不能确定。
  • 无 braid 的尺寸、阻抗、耦合系数或相位/幅度数据，也无场图、传输线/集总等效模型或全波仿真；[待确认] 干涉所需的相位、幅度、共同模态/差模态及组织负载条件，故不能检验破坏性干涉模型或区分 shield 本身与两 shield 相互作用的贡献。
  • 只给两个 pic-rate 组合和五个 lead length 的相对排序；其余参数组合、不同路径和不同 RF 频率的适用范围未建立。
  • 未评价 shield 对低频 stimulation signal、导线柔顺性、体积或长期机械可靠性的影响。
  • [待确认] 与双侧 DBS 皮层导线的映射：两根导线能否在 IPG 侧至电极侧保持所需相邻几何、其远端是否具备共同 paddle 形态，均未由本专利给出。
  • 未与其他专利、MR-conditional 标签或 ISO/TS 10974、ASTM 测试证据对照；本卡仅供机理层，不能作为 MR 验证层结论。

关联