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US8868212B2 Medical device with an electrically conductive anti-antenna member

US8868212B2 Medical device with an electrically conductive anti-antenna member

摘要

  • 问题:MRI 的 B1/RF 场可在植入导线中感生电流；该电流沿导体与远端电极—组织界面沉积，造成组织加热，并可进入 IPG 电子学。
  • 方案:将并联 LC 或含限流电阻的 RLC 谐振器串入导体，调谐至 MRI RF；可布置在导线、导线适配器或医疗器械壳体内，并可用多个串联谐振器覆盖不同频率。
  • 效果:电路模型显示谐振支路能降低其所在导体对应的远端组织电流；52 cm 导线的加热演示中，远端谐振器的温升约为 0.9 °C/3.75 min。
  • 形态:授权权利要求围绕带连接器的适配器展开；说明书还给出双极起搏导线、DBS lead、壳内电路与电极/传感器适配器等实施形态。

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

FIG. 2 将双极导线建模为两条各含串联电阻与电感的导体；MRI 感生能量以电压源 300 表示，body resistance 为 400，两导体间的 differential resistance 为 500，远端组织路径由电阻 130 与 230 表示。电流经这些组织电阻时产生焦耳热；64 MHz 条件下，常规双极模型的远端组织电流幅度可达 ±0.85 A（FIG. 3）。该模型把外场耦合压缩为单一集总源，未表征导线路径、方向、组织介电性质或场空间分布。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 2 — 双极起搏导线的集总等效电路：两条导体的 R-L、远端组织电阻、MRI 感生源及 body/differential resistance。

单在一条导体中串入谐振器会重分配双极回路的电流，而非自动同时压低两侧组织电流：FIG. 4 的受滤波导体对应电流下降，但另一条导体的组织电流幅度可为 ±1.21 A（FIG. 5）；专利也在 FIG. 18 与 FIG. 19 中区分单导体和双导体均加谐振器的情形。远端加热因而取决于完整回路的电流分布，不能由单个元件的阻断性能替代判断。

缓解机理

谐振器 2000 由电感 2110 与电容 2120 并联，串接于第二导体 1200；FIG. 7 再串入谐振器 3000，其中 2000 约调至 64 MHz、3000 约调至 128 MHz。[推导] 并联 LC 在其谐振频率处呈高串联阻抗，使该频率的感生电流难以通过所在导体；低频起搏/除颤信号则在 FIG. 6 的模型中未见显著改变。多个谐振器也可故意偏离扫描频率，以同时降低组织电流与谐振器电感电流；专利给出的示例频率为 70.753 MHz 与 74.05 MHz。

FIG. 14 的谐振器 5000 加入限流电阻 5130，电感 5110、电容 5120 与该电阻构成 RLC 实现。增大 5130 会降低电感电流，但 FIG. 16 所示的组织电流抑制略变差；这是组织端阻断与器件内环流耐受之间的取舍。专利还提出以多个相同谐振器串联，分担单个电感的电流负荷。

工程实现

谐振器位置受导线分布电容限制。FIG. 10 以电容—电阻支路 4000 代表第二导体的 parasitic/distributive capacitance 或附加电容；谐振器位于近端时，4000 降低其阻断效果（FIG. 11）。将同一组谐振器移至远端后，模型中的组织电流下降（FIG. 12 与 FIG. 13）。远端空间有限，专利用保持谐振频率的 L-C 互换压缩电感：50 nH/123.7 pF 可改为 25 nH/247.4 pF；实际参数还须受电感寄生电容修正。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 22 — 位于双极起搏导线与 IPG 之间的适配器：一条导体经谐振器 6300，另一条由连接线 6700 直通。

适配器 6000 在 IPG 侧采用 male IS-1-BI connector 6200、导线侧采用 female IS-1-BI connector 6500；内环经导线 6400、谐振器 6300 与导线 6100 串接，外环可由 6700 直通（FIG. 22）。权利要求还允许在两条导体均串入谐振器、在同一 housing 内串联多频谐振器，并在其邻近设置热容、导热材料或 cooling fins。电感应避免铁磁或 ferrite core，并需对 B0、B1 和取向不敏感；本篇未给出可植入元件的型号、尺寸、Q 值、额定电流或封装材料。

取舍

远端安装更利于抑制远端组织电流，却受空间约束；近端安装可阻止感生电流进入 IPG，但不必然降低远端加热。52 cm 导线的加热演示中，标为 proximal-end 的配置把谐振波节点设在距导线一端 46.5 cm 处，使有效长度、self-inductance 与 distributive capacitance 改变；模型远端电流由约 0.65 A 增至约 1.0 A（FIG. 25 与 FIG. 26）。同一专利另称，52 cm 双极起搏导线的近端谐振器实验未显示远端组织加热有显著改变（FIG. 28）。位置效应取决于导线的电气长度与分布耦合，不能把近端或远端当作无条件通用位置。[待确认] 本篇没有给出 DBS 双侧皮层导线的长度、走线、通道数与封装约束，不能据此判定该位置结论是否可直接迁移。

效果与证据

  • 集总电路图与频率参数:FIG. 3、FIG. 5、FIG. 8、FIG. 9、FIG. 11、FIG. 13、FIG. 15–21 是电路表示下的电流曲线。专利给出 64 MHz 常规模型的 ±0.85 A，以及若干带单导体谐振器模型中未滤波侧的 ±1.21 A；图中其余读数未在正文转录。Table 1 给出理想 1.5 T、63.855 MHz 时 50 nH/124.245 pF，3.0 T、127.71 MHz 时 50 nH/31.06 pF，并明确实际电路会受寄生电容影响。这些是集总模型与理想元件参数，不是成品导线的实测参数。
  • 加热演示:FIG. 24、FIG. 27 的条件是长 52 cm、一端带 cap 的导线置于 semiconductive fluid 中；标为 distal-end 的谐振器配置在 3.75 min 后温升约 0.9 °C。该演示同时比较无谐振器、近端谐振器与远端谐振器，但 raw 未转录完整温度轨迹、RF 功率、场强、液体配方或探头位置。

【关键图占位｜库主定稿时补】FIG. 24 — 52 cm 导线在无谐振器、近端谐振器与远端谐振器三种配置下的远端组织温度曲线。

  • 近端双极导线实验:专利称 52 cm 双极起搏导线在近端加谐振器的实验未显示远端组织加热有显著改变（FIG. 28）；未报告温度绝对值、重复次数或变异度。该结果与上述电气长度解释相符，但不足以外推至其他导线结构。

严谨性缺口

  • 远端温升演示缺少 MRI 序列、B1/SAR、phantom 材料、环境温度、测温方法、重复数与统计量；不能构成 ISO/TS 10974 或 ASTM 终点的验证证据。
  • 电路图将 MRI 耦合等效为电压源 300，未给出导线几何、植入路径、组织参数与外场空间分布；电流曲线的纵横轴与完整数值需看原图确认，模型量级不可直接当作人体实测。
  • FIG. 14 对 RLC 支路的说明与权利要求中电阻—电容串联、再与电感并联的表述未完全一致；实际拓扑、Q、损耗与限流效果需定稿时按原图和权利要求核对。
  • 本篇没有跨专利对照、MR-conditional 标签或标准测试资料；其适用性及行业普遍性仍属[待确认]。

关联