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US8108028B2 MRI systems having MRI compatible universal delivery cannulas with cooperating MRI antenna probes and related systems and methods

US8108028B2 MRI systems having MRI compatible universal delivery cannulas with cooperating MRI antenna probes and related systems and methods

摘要

  • 问题:深脑介入时，套管与微电极的长导体既要进入 MRI 场内取得局部信号，也会在 RF 发射期拾取能量并形成感应电流或驻波。[推导] 该专利定位于术中 MRI 接收与电生理记录共用的探针问题，不是已植入 DBS 导线的长期 MR-conditional 方案。
  • 方案:可滑动内构件 10 与同心套管 75 组成 loopless MRI 接收天线；外层管与中间管的连接形成 RF choke，circuit 124 在 RF 发射期去耦，splitter 125 在接收与记录两种电路径之间隔离。
  • 效果:在 2.9 T 体模中，RF choke 在约 4 cm 盐水加载下隔离约 550 Ω；局部接收 SNR 在天线远端约 5 mm 半径范围内较外部头线圈提高约 50%。同篇实施例做了 RF 功率沉积温度测量，但未报告温升结果。
  • 形态:27 项权利要求；三根绝缘同心 Nitinol 管构成约 2 mm 外径套管，内管可撤出后让刺激导线沿同一 bore 到达已定位的目标。

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

该器械把体内导体有意作为接收天线使用；[推断] RF 发射期若仍与扫描仪和组织耦合，长导体可拾取 RF 能量。专利对 RF choke 的定义是以小于或等于四分之一波长的电气长度，抑制 RF 感应电流或驻波的形成和传播；但没有给出套管—组织—同轴线的场分布、尖端电流或温度模型。故本篇支持的失效落点是导体上的 RF 电流/驻波风险，不能由其文字定量推出远端组织热沉积。[待确认]

接收与发射时序是另一边界：RF excitation transmission 时 circuit 124 使天线去耦，接收周期才恢复为接收局部组织信号；splitter 125 同时使记录电极与 MRI 信号路径电隔离(FIG. 5)。[推导] 这阻断的是发射期的受控天线拾取，不等同于证明所有器械表面电流或组织升温均被消除。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 5 — 匹配/调谐去耦电路与 RF—记录电极 splitter 的示意。

缓解机理

loopless 天线由内构件 10 的导电 core 与套管的屏蔽层配合形成：内构件伸出套管时，伸出段是天线 core，套管作 shield；相对位置改变后，套管可作内构件的 RF choke(FIG. 1)。外层管 30 在近端连接中间管 20，远端段可盘绕为 30c 以缩短 loading length(FIG. 4)。

该结构的物理作用分为两层。RF choke 对外来 RF 感应电流/驻波提供高隔离；去耦开关在发射期切断天线的正常接收状态。两者分别处理导体的分布式 RF 路径与接口处的工作状态，专利没有给出它们在同一等效电路中的元件值或电流分配。[推导]

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 4 — loopless 天线中内构件、介电层、屏蔽管及远端盘绕段 30c 的关系。

工程实现

原型套管由三根绝缘 Nitinol 同心管组成，外径约 2 mm；最内管内径 1.5 mm，可再导入 MRI 天线/微电极构件。内构件为 Nitinol 管内置绝缘金镀线，远端约 1.5 cm 为 dipole 段，最外约 1 mm 不绝缘以测 EEG；shield 的远端盘绕后 loading length 约 3 cm。套管内径与外表面覆薄聚氨酯，套管组件再覆 0.001 inch 聚酰亚胺管。原型调谐至约 123.2 MHz，内构件的聚酯绝缘层厚 500 μm。

流程上，天线探针先在套管内定位并接收 MRI 信号或记录局部电信号；确定靶点后，可撤出内构件并沿同一套管送入刺激导线，或在 hollow core 版本中保留内构件而从其 bore 导入介入器械(FIG. 7A; FIG. 7B)。同一套管还可适配 optic、EEG、biopsy、ablation、给药等探针；可选内构件外径为 0.5–3 mm，常见实施例为 1.3 mm 以下。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 1 — 三个同心构件 10、20、30 与 MRI 扫描/记录接口构成的探针组件。

取舍与适用边界

[推导] 本件把局部 MRI 接收、微电极记录和后续 DBS 导线置入放进同一条手术轨迹；代价是该轨迹仍含需调谐、去耦和隔离的导电天线。不同 French size 或长度会改变 load，专利仅称应相应调整调谐，未给调谐容差或最不利路径。[待确认]

[推导] 对双侧皮层 DBS 导线，本件可提供“术中套管—天线探针”如何在 RF 发射期限制拾取、又在接收期恢复成像的工程参照；其 7–8 cm 深脑套管与可撤出的临时天线并不等同于长期留置、双侧皮层导线的 RF 加热控制。专利也未将本结构与其他专利的 choke、balun 或植入 lead-current-suppression 实测横向比较。

效果与证据

  • RF 功率沉积安全试验:原型在 Siemens Allegra 2.9 T 扫描仪中测试。聚丙烯酰胺凝胶 phantom 电导率为 0.9 S/m；标称头部 SAR 4 W/kg 的序列持续 3.4 min；套管和微电极/天线构件置于 phantom 边缘约 1 cm 处，以 FISO 光纤温度探头直接量局部温度。实际 SAR 按初始温升速率和凝胶比热计算。该段报告测试方法，未给温升或实际 SAR 数值。
  • 电学隔离:在盐水 phantom 中，天线/套管加载至约 4 cm 时，primary 与 secondary shielding 之间的 RF choke 隔离约 550 Ω。套管/loopless 天线及同轴线阻抗约 25 Ω；微电极/天线构件的同轴线约 32 Ω。三项均来自同一原型实施例，不能外推为其他长度或加载条件下的隔离值。
  • 接收性能:文中说明 SNR 在盐水 phantom 的 3 cm 与 10 cm 插入深度下测试；报告天线远端约 5 mm 半径圆形区域的 SNR 比外部头线圈提高约 50%。原文未将该增益逐一对应至 3 cm 或 10 cm 的插入深度。
  • 在体可行性:灵长类 STN 介入采用实时 MRI 引导；外部头线圈与内部天线信号经 phased-array adapter 合并，FIG. 10 展示局部 SNR 增强下的推进过程。该结果表明成像导引可行，未提供该动物试验的温升、SAR 或数值 SNR。

严谨性缺口

  • 温度探头虽已用于指定 phantom/SAR/时长条件，全文没有温升结果，未能把 RF 去耦或 550 Ω 隔离闭合到热安全终点。
  • 无导体—组织—同轴线的电磁或热模型；四分之一波长的 RF choke 说明未给实际电气长度、材料介电常数或频率依赖阻抗。
  • 550 Ω 只在约 4 cm 盐水加载下报告；SNR 增益的两个插入深度未分开给数，不能据此判断位置、个体几何或 DBS 置入长度的容差。
  • 无 ASTM/ISO 测试条款、长期植入导线、双侧皮层走线或临床 MR-conditional 标签证据。本篇属于机理与术中原型证据，不能单独回答验证层的通过条件。

关联