Mr主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于磁共振成像(MRI)環(huán)境的醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及用于跟蹤醫(yī)療設(shè)備內(nèi)的線圈的位置的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]MRI在診斷成像模式并日益在介入成像模式中取得了顯著成就。MRI在其他成像方式(例如，X射線)下的主要好處包括優(yōu)越的軟組織成像并避免病人暴露于X射線產(chǎn)生的電離輻射。MRI的優(yōu)越軟組織成像能力在診斷成像方面提供了極大的臨床效益。同樣地，傳統(tǒng)使用X射線成像來引導(dǎo)的介入治療從MRI的軟組織成像能力中極大受益。此外，利用MRI導(dǎo)引消除了病人大面積暴露于與傳統(tǒng)X射線引導(dǎo)介入治療相關(guān)的電離輻射。
[0003]MRI利用三種場(chǎng)來顯示病人解剖的影像:大靜磁場(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)協(xié)同工作以與靜磁場(chǎng)建立質(zhì)子對(duì)準(zhǔn)并在病人體內(nèi)建立空間相關(guān)質(zhì)子自旋頻率(諧振頻率)。以諧振頻率施加的RF場(chǎng)干擾初始對(duì)準(zhǔn)，使得當(dāng)質(zhì)子放松恢復(fù)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可檢測(cè)并處理從放松事件發(fā)出的RF以創(chuàng)建圖像。
[0004]當(dāng)醫(yī)療設(shè)備在外部或內(nèi)部非常接近或接觸病人組織時(shí)，與MRI相關(guān)的三種場(chǎng)中的每種都會(huì)對(duì)病人產(chǎn)生安全隱患。一個(gè)重要的安全隱患是源于MRI掃描儀的RF場(chǎng)和醫(yī)療設(shè)備之間的交互的熱量(RF感應(yīng)加熱)，特別是具有細(xì)長導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)管、外殼、導(dǎo)線、支架或管狀遞送系統(tǒng)中的傳輸線，ICD引線，起搏器引線，神經(jīng)刺激器引線等等)的醫(yī)療設(shè)備。
[0005]多種MRI技術(shù)正發(fā)展成為用于引導(dǎo)介入治療的X射線成像的替代。例如，由于在介入治療期間醫(yī)療設(shè)備前進(jìn)通過病人的身體，因此可跟蹤其進(jìn)度，使得可以將該設(shè)備正確地遞送到靶位。一旦遞送到靶位，就可監(jiān)控設(shè)備和病人組織以提高治療傳送。因此，根據(jù)醫(yī)療設(shè)備的位置在介入治療中是有用的。示例性介入治療包括，例如，心臟電生理治療，該心臟電生理治療包括診斷心律失常的診斷治療和諸如房顫消融、室性心動(dòng)過速消融、心房撲動(dòng)消融、預(yù)激綜合癥消融、AV結(jié)消融、SVT消融等的消融手術(shù)。利用MRI跟蹤醫(yī)療設(shè)備的位置還可用于諸如乳腺癌、肝癌和前列腺腫瘤消融的腫瘤手術(shù)和腎臟去神經(jīng)消融治療，以及諸如子宮肌瘤和前列腺肥大消融的泌尿系統(tǒng)治療和諸如頭部神經(jīng)刺激和深部腦刺激的神經(jīng)性治療。因此，隨著介入性MRI領(lǐng)域的增長以及更多的患者在MR環(huán)境中被插入導(dǎo)管，對(duì)于MRI環(huán)境中的安全設(shè)備的需求將會(huì)增加。
[0006]MRI環(huán)境下與傳輸線相關(guān)的RF感應(yīng)加熱安全隱患由RF場(chǎng)和細(xì)長導(dǎo)體之間的耦合產(chǎn)生。在這種情況下，存在幾種與加熱有關(guān)的情況。
[0007]—種情況存在于:細(xì)長導(dǎo)體中的RF感應(yīng)電流可導(dǎo)致細(xì)長導(dǎo)體自身和/或連接到該細(xì)長導(dǎo)體的組件的歐姆加熱，所產(chǎn)生的熱可能傳送到病人。在這樣的情形中，重要的是既要嘗試減少細(xì)長導(dǎo)體中的RF感應(yīng)電流又要限制遞送到相連組件中的電流。另一中情況存在于:細(xì)長導(dǎo)體中的RF電流耦合至與組織接觸的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在此情況中，在細(xì)長導(dǎo)體上感應(yīng)出的RF電流可以通過未與細(xì)長導(dǎo)體有直接電接觸的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)而被遞送到組織中，導(dǎo)致組織中較高的電流強(qiáng)度以及相關(guān)聯(lián)的焦耳或歐姆組織加熱。同樣，當(dāng)細(xì)長導(dǎo)體被連接至與組織相接觸的電路時(shí)，感應(yīng)電流到組織的直接注入可以導(dǎo)致組織中較高的電流強(qiáng)度以及相關(guān)聯(lián)的焦耳或歐姆組織加熱。最后，細(xì)長導(dǎo)體上的RF感應(yīng)電流可導(dǎo)致附近組織中RF能量的局部特定吸收增加，從而升高了組織的溫度。前述現(xiàn)象被稱為電介質(zhì)加熱（dielectricheating)。即便不存在到組織的熱接觸或電接觸，電介質(zhì)加熱也可能發(fā)生。
[0008]在MRI環(huán)境中使用的許多設(shè)備能夠從主動(dòng)跟蹤實(shí)現(xiàn)于設(shè)備上或設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)“跟蹤線圈”的位置中獲益。然而，這些跟蹤系統(tǒng)需要使用諸如同軸線纜、雙絞線、三軸線纜等等的傳輸線。這些傳輸線作為細(xì)長導(dǎo)體會(huì)引入上文所述的隱患。
[0009]傳統(tǒng)地跟蹤MRI環(huán)境中的設(shè)備的位置，使用圖I中所示的跟蹤系統(tǒng)。跟蹤線圈經(jīng)由線纜或電路板走線（trace)接收MR信號(hào)。然后，調(diào)諧電路將跟蹤線圈調(diào)諧到目標(biāo)的MR頻率。匹配網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)調(diào)諧的跟蹤線圈與傳輸線進(jìn)行電匹配。傳輸線將MR信號(hào)輸送出設(shè)備至跟蹤接收器。跟蹤接收器接收并處理MR信號(hào)以確定跟蹤線圈的位置。跟蹤接收器通常包括匹配網(wǎng)絡(luò)、低噪聲放大器（LNA)、下變頻器、模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器和軟件來從所接收的信號(hào)的頻率內(nèi)容中確定跟蹤線圈的位置。跟蹤接收器是用于描述（通過各種電路）連接至跟蹤線圈的任何子系統(tǒng)的一般術(shù)語。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，它通常不是被跟蹤的設(shè)備的一部分。
[0010]近來，跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到將一些上述組件從跟蹤接收器中移動(dòng)至跟蹤線圈位置。這種修改消除了一些組件，這些組件包括匹配網(wǎng)絡(luò)和傳輸線，這會(huì)使得與傳輸線相關(guān)聯(lián)的損耗降低，信號(hào)中的噪聲降低，以及潛在地整個(gè)跟蹤系統(tǒng)的信號(hào)噪聲比的增加。針對(duì)本公開來說，我們將這樣的系統(tǒng)稱為“線圈處的IC(IC at Coil)”跟蹤系統(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)包括在跟蹤線圈附近布置集成電路。
[0011]然而，即使利用線圈處的IC跟蹤系統(tǒng)，加熱并損害病人安全的問題仍然存在。用于將所接收的并被下變頻的信號(hào)傳送至跟蹤接收器的線纜仍然會(huì)導(dǎo)致先前所述的RF加熱問題。此外，當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)線圈處的IC跟蹤系統(tǒng)的嘗試需要從跟蹤接收器連接到線圈處的IC的線纜。這些線纜提供電源、地和頻率基準(zhǔn)信號(hào)（用于下變頻過程）。所有這些導(dǎo)體產(chǎn)生MR環(huán)境中的RF加熱隱患。
[0012]此外，如果能夠在跟蹤線圈位置處完成頻率確定（通常意味著估計(jì)來自所接收的MR信號(hào)的平均頻率），那么需要從跟蹤線圈傳送至跟蹤接收器的信息量可被最小化，這降低與MR系統(tǒng)的信號(hào)干擾的可能。這還將具有降低跟蹤線圈的復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]因而，需要能夠顯著地減少可能損害病人安全的RF加熱并且另外降低跟蹤接收器的復(fù)雜度的跟蹤系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明解決了線圈處的IC跟蹤系統(tǒng)的上述需求，其中消除了傳輸線。我們將傳輸線限定為意味著由傳導(dǎo)面形成的物體，例如同軸線、帶狀線、三軸線纜、雙絞線等等。因此，所限定的“傳輸線”不包括光纖線纜或其他不能進(jìn)行電傳導(dǎo)的線纜。
[0015]克服傳統(tǒng)傳輸線和信號(hào)線導(dǎo)體的加熱問題的跟蹤系統(tǒng)的新式配置在這里被描述。通過將某些組件集成到設(shè)備的跟蹤線圈處，引起加熱隱患的高頻率的傳輸線能夠被MR安全導(dǎo)體或光纖所替代。此外，本發(fā)明是一種在跟蹤線圈位置處執(zhí)行附加信號(hào)處理（頻率估計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換等等）來減少需要在跟蹤接收器中進(jìn)行的處理的量以及降低被從跟蹤線圈位置傳遞到跟蹤接收器的信號(hào)與MR成像信號(hào)相干擾的可能性的新式配置。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的跟蹤系統(tǒng)描述了在MR中將所接收的以及下變頻的MR信號(hào)安全地傳送至跟蹤接收器的多種裝置。
[0017]本發(fā)明包括在MR中安全地對(duì)這樣的設(shè)備提供電力的多種裝置。
[0018]本發(fā)明還包括提供或創(chuàng)建所需的用于下變頻的基準(zhǔn)頻率的多種裝置。
[0019]本發(fā)明還包括在跟蹤線圈位置處執(zhí)行主要頻率估計(jì)的多種裝置。
[0020]本發(fā)明還包括通過在跟蹤線圈位置處進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換或者直接頻率估計(jì)來消去下變頻的多種裝置。
[0021]本發(fā)明還包括多個(gè)跟蹤線圈，其中每個(gè)跟蹤線圈被耦合至相應(yīng)的IC和通信線。
[0022]本發(fā)明還包括多個(gè)跟蹤線圈，其中的每一個(gè)跟蹤線圈利用單個(gè)通信線被耦合至單個(gè)ICo
[0023]本發(fā)明還包括多個(gè)跟蹤線圈，其中的每一個(gè)跟蹤線圈利用單個(gè)通信線被耦合至單個(gè)1C，其中IC包含在單個(gè)線上傳輸多個(gè)通信信號(hào)的諸如復(fù)用的方法。
[0024]在一個(gè)示意性實(shí)施例中，主動(dòng)（active)跟蹤系統(tǒng)包括：至少一個(gè)主動(dòng)跟蹤線圈；鄰近該主動(dòng)跟蹤線圈的至少一個(gè)集成電路；跟蹤接收器；被配置用于將所接收的信號(hào)傳輸至跟蹤接收器的第一 MR安全裝置；以及被配置用于將一個(gè)或多個(gè)信號(hào)從跟蹤接收器傳送到線圈處的集成電路的第二 MR安全裝置。集成電路還可以包括跟蹤線圈處的模數(shù)轉(zhuǎn)換和頻率估計(jì)來減少需要在跟蹤接收器中進(jìn)行的處理的數(shù)目，從而降低從跟蹤線圈位置傳遞到跟蹤接收器的信號(hào)與MR成像信號(hào)相干擾的可能性。
【附圖說明】
[0025]圖I示出了通過RF傳輸線耦合的傳統(tǒng)跟蹤線圈和跟蹤接收器。
[0026]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的MR主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的一方面。
[0027]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的MR主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的另一方面，其中頻率估計(jì)器電路被放置在線圈處的IC上。
[0028]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MR主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的另一方面，其中模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器被放置在線圈處的IC上。
[0029]圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明的MR主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的另一可選方面，其中在線圈處的IC處生成基準(zhǔn)頻率信號(hào)。