JP7609435B2 - MRI compatible device - Google Patents
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Description
本特許出願は、2018年10月19日に出願された米国特許出願番号62/748,026に対する優先権を請求する。上記の特許出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照として本願に組み込まれる。 This patent application claims priority to U.S. Patent Application No. 62/748,026, filed October 19, 2018. The above-referenced patent application is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes.
本開示は、概して、インターベンション核磁気共鳴画像法の処置において、埋込式の高周波(RF)アンテナを介して能動的に視覚化されるように設計されるインターベンション装置に関する。 The present disclosure generally relates to an interventional device designed for active visualization via an implanted radio frequency (RF) antenna during an interventional magnetic resonance imaging procedure.
介入的核磁気共鳴画像法は、インターベンション処置中に使用される従来のX線透視法の代替として大きな可能性がある。しかしながら、MRIによるインターベンション装置の視覚化は、X線型の処置に使用される市販のv装置と比較して、より複雑である。本開示は、これら及び他の問題を解決するために提供される。 Interventional magnetic resonance imaging has great potential as an alternative to traditional X-ray fluoroscopy used during interventional procedures. However, visualization of interventional devices with MRI is more complicated compared to commercially available v-devices used for X-ray type procedures. The present disclosure is provided to solve these and other problems.
本開示の利点は、以下の説明により記載され、明らかとなる。本開示のさらなる利点は、記載される説明、請求の範囲、及び付される図面において具体的に示される方法及びシステムにより実現及び達成される。 Advantages of the present disclosure will be described and become apparent from the following description. Further advantages of the present disclosure will be realized and attained by the methods and systems particularly pointed out in the written description, claims, and accompanying drawings.
経皮的心血管手術等の手術を実行する際には、血管構造内を案内し、心臓診断又は治療カテーテル法等のインターベンション処置、心臓アブレーション、胸、肺、脳、又は前立腺バイオプシー等の腫瘍学的処置、薬剤/造影剤注入、及びその他を安全に実行するために、装置のカテーテルの遠端位置及びシャフト全体を視覚化する必要がある。 When performing procedures such as percutaneous cardiovascular procedures, it is necessary to visualize the distal location and entire shaft of the device catheter to navigate within the vasculature and safely perform interventional procedures such as cardiac diagnostic or therapeutic catheterization, cardiac ablation, oncological procedures such as breast, lung, brain, or prostate biopsies, drug/contrast injections, and more.
MRIにおける装置の視覚化には、パッシブビジュアライゼーション及びアクティブビジュアライゼーションの2つの技術がある。パッシブビジュアライゼーションは、核磁気共鳴画像法においてシグナル・ボイドを引き起こす金属成分の内在性感受性アーチファクトに依存する。パッシブビジュアライゼーション装置は、主磁場に対する装置の配置に依存してコントラストが乏しく、実際の装置のプロファイルよりも大きい画像アーチファクトをしばしば生成する。アクティブビジュアライゼーション装置には、高周波受信アンテナが組み込まれている。MRIスキャナのRFボディコイルを介したRF励起の後、身体内の励起した水素陽子は遷移して戻り、RF波を放射する。これらのRF波は、これらの金属陽子の近接するRF受信アンテナにより受信され得る。アンテナのSNR(信号対雑音比)は、MRIスキャナのラーモア周波数(共鳴周波数)へのアンテナのチューニングに密接に関わっており、また、スキャナのRFコイルプラグのインピーダンスと合致する。一般的に、ループ又はコイルアンテナは、インターベンションMRI(iMRI)における遠端の視覚化に使用され、リアルタイムMRIガイダンスにおいて「輝点」として現れる。典型的には、モノポール又はバイポールアンテナがシャフト全体の視覚化に使用される。 There are two techniques for device visualization in MRI: passive visualization and active visualization. Passive visualization relies on the intrinsic susceptibility artifacts of metal components that cause signal voids in nuclear magnetic resonance imaging. Passive visualization devices often produce image artifacts that are poorly contrasted and larger than the actual device profile depending on the placement of the device relative to the main magnetic field. Active visualization devices incorporate a radio frequency receiving antenna. After RF excitation through the RF body coil of the MRI scanner, the excited hydrogen protons in the body transition back and emit RF waves. These RF waves can be received by the RF receiving antenna in close proximity to these metal protons. The SNR (signal to noise ratio) of the antenna is closely related to the tuning of the antenna to the Larmor frequency (resonance frequency) of the MRI scanner and also matches the impedance of the RF coil plug of the scanner. Typically, loop or coil antennas are used for visualization of the far end in interventional MRI (iMRI) and appear as a "bright spot" in real-time MRI guidance. Typically, monopole or bipole antennas are used for visualization of the entire shaft.
しかしながら、受信した信号のプロファイル及び受信した信号の信号対雑音比(SNR)は、RF受信アンテナのジオメトリ並びに導電層の間の導電材料及び絶縁材料に依存する。従来のRF受信アンテナは、ワイヤ、ロッド、シート、ツイストペア、同軸ケーブル又はチューブの形状を有する絶縁又は裸導体を使用して製造される。従って、受信した信号のプロファイルに影響を与える各アンテナ部品の特有のインピーダンス値の微調整は、現実的ではない。 However, the received signal profile and the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal depend on the geometry of the RF receiving antenna and the conductive and insulating materials between the conductive layers. Conventional RF receiving antennas are manufactured using insulated or bare conductors in the form of wires, rods, sheets, twisted pairs, coaxial cables or tubes. Therefore, fine tuning the specific impedance values of each antenna component that affect the received signal profile is not practical.
本開示は、1つのアンテナ部品の特定部分のインピーダンス値を制御することができる実施形態を提供する。アンテナ全体の特有のインピーダンスは誘導的であるが、アンテナ部品のプロファイルを変更することにより、アンテナに受信された信号のプロファイルを調整するための容量性サブセクションを形成することができる。これは、例えば、アンテナの異なる部分を広い/狭い及び/又は厚い/薄い導電材料を有するサブセクションから作ることにより達成可能である。さらに、アンテナ全体の受信した信号のプロファイルを正確に制御するために、導体の導電性自体が選択されてよい。これにより、物理装置自体よりも小さい信号プロファイルを有する、改善されたMRI装置を得ることができる。これにより、重要な身体構造の画像は不明瞭となることを防止できる。 The present disclosure provides embodiments that allow the impedance value of a particular portion of an antenna component to be controlled. The characteristic impedance of the entire antenna is inductive, but by modifying the profile of the antenna components, capacitive subsections can be created to tailor the profile of the signal received by the antenna. This can be achieved, for example, by making different portions of the antenna from subsections with wider/narrower and/or thicker/thin conductive material. Furthermore, the conductivity of the conductor itself can be selected to precisely control the profile of the received signal across the antenna. This can result in an improved MRI device with a signal profile that is smaller than the physical device itself, thereby preventing images of important body structures from being obscured.
医師は、通常、先端及びシャフトの両方の視覚化を同時に求める。腫瘍バイオプシー等の特定の応用において、医師は、挿入された針全体の長さをリアルタイムで知る必要がある。従って、周知のアクティブインターベンションMRI装置は、装置全体のプロファイルを増加させ、また、機械的性能に悪影響を与える複数のRF受信アンテナ部品が組み込まれているという不備がある。 Physicians typically require visualization of both the tip and shaft simultaneously. In certain applications, such as tumor biopsy, physicians need to know the total length of the inserted needle in real time. Thus, known active interventional MRI devices suffer from the deficiency of incorporating multiple RF receiving antenna components that increase the overall device profile and adversely affect mechanical performance.
さらに、金属成分が組み込まれるアクティブ装置は、MRIスキャンの間、RFに起因する熱のリスクにさらされる。通常、金属部分の電気的な長さがラーモア周波数に匹敵する(すなわち、スキャナRF送信システムの4分の1波長)時、熱の量は、国際標準(ASTM2182)に基づく許容される範囲(胴体周辺において2℃)を超えることがある。 Furthermore, active devices incorporating metallic components are exposed to the risk of RF-induced heating during MRI scans. Typically, when the electrical length of the metallic part is comparable to the Larmor frequency (i.e., a quarter wavelength of the scanner RF transmission system), the amount of heat can exceed the allowable range (2°C around the torso) according to international standards (ASTM 2182).
装置による視覚化のために、従来のアクティブMRI装置は、高導電性のアンテナ部品及び送信線を有し、最小限の信号ロスで受信したRF信号をMRスキャナに送る。しかしながら、これらの導電構造は、また、MRIスキャン中はRF送信電力に接続されてよく、RF誘導電流が装置に流れる。インターベンション処置中のアクティブMRI装置の周囲の血管及び組織は、高い電気抵抗を有する。RF誘導電流がアクティブ装置から周囲の組織に(すなわち、装置に沿って最も高い電流密度を有するアクティブ装置の遠端から)流れると、その後、装置と組織との接点に抵抗加熱が生成され、患者にとって危険な急激な温度増加が起こる。インピーダンス差を減少させることで抵抗加熱を低減させることができるため、装置の電気特性が周囲の身体構造のインピーダンスに合致又はほぼ合致するように構成することにより、上記の問題を解決できると出願人は認識した。 For visualization by the device, conventional active MRI devices have highly conductive antenna elements and transmission lines to transmit received RF signals to an MR scanner with minimal signal loss. However, these conductive structures may also be connected to RF transmission power during an MRI scan, causing RF induced currents to flow through the device. The blood vessels and tissues surrounding an active MRI device during an interventional procedure have high electrical resistance. When RF induced currents flow from the active device to the surrounding tissue (i.e., from the distal end of the active device, which has the highest current density along the device), resistive heating is then generated at the interface between the device and the tissue, causing a rapid temperature increase that is dangerous to the patient. The applicant has realized that the above problem can be solved by configuring the electrical characteristics of the device to match or nearly match the impedance of the surrounding body structures, since resistive heating can be reduced by reducing the impedance difference.
従って、本開示の1つの目的は、装置の機械的性能を変化させずに1つのアンテナ設計を使用して装置プロファイル上の全ての望まれる位置を視覚化し、また、導電構造の特定部分の特性インピーダンスをシームレスに変更することにより装置本体のRF誘導加熱を最小化するように使用できる装置を構築することが可能なRF受信アンテナの製造方法を提供する。 Therefore, one objective of the present disclosure is to provide a method for manufacturing an RF receiving antenna that can be used to build a device that can be used to visualize all desired locations on a device profile using one antenna design without changing the mechanical performance of the device, and to minimize RF inductive heating of the device body by seamlessly modifying the characteristic impedance of specific portions of the conductive structure.
本明細書に記載される本開示の目的に従ってこれら及び他の利点を達成するために、1つの実施形態において、本開示は、iMRI処置において装置が拡大プロファイルを投影しない限り、その位置を決定することができるMRI互換回路を有する医療装置を提供する。そのような装置を示す実施形態は、基面と、基面上に配置される第1の導電層と、第1の導電層の少なくとも一部上に配置される第1の絶縁層と、第1の絶縁層の少なくとも一部上に配置される第2の導電層と、を備える。 To achieve these and other advantages in accordance with the objects of the present disclosure described herein, in one embodiment, the present disclosure provides a medical device having MRI compatible circuitry capable of determining its position unless the device projects a magnified profile in an iMRI procedure. An embodiment illustrating such a device includes a base surface, a first conductive layer disposed on the base surface, a first insulating layer disposed on at least a portion of the first conductive layer, and a second conductive layer disposed on at least a portion of the first insulating layer.
いくつかの実装例において、第1の導電層及び第2の導電層の一方又は両方は、個別の複数の導電材料から形成されてよい。例えば、第1の導電層及び第2の導電層は、異なる厚さ及び/又は異なる幅を有する等の異なるジオメトリを有する導電材料で交互に構成することにより、異なるインピーダンスを有する導電材料により交互に形成されてよい。例えば、個別の複数の導電材料は、同じバルク電気特性、同じ材料を有する材料から、又は異なる材料から作られてよい。第1の導電層及び第2の導電層の一方又は両方は、それぞれ、例えばインピーダンスの不一致による身体構造周辺の境界で起こる熱を防止又は最小化するために、医療装置に隣接する身体構造とほぼ一致するインピーダンスを有するように選択的に形成されてよい。 In some implementations, one or both of the first and second conductive layers may be formed from separate conductive materials. For example, the first and second conductive layers may be formed from alternating conductive materials having different impedances, such as by being composed of alternating conductive materials having different geometries, such as having different thicknesses and/or widths. For example, the separate conductive materials may be made from materials having the same bulk electrical properties, the same material, or from different materials. One or both of the first and second conductive layers may each be selectively formed to have an impedance that approximately matches a body structure adjacent to the medical device, for example, to prevent or minimize heating at the boundary around the body structure due to impedance mismatch.
いくつかの実装例において、第1の導電層は、第1の送信線の少なくとも一部を形成してよく、さらに、第2の導電層は、第2の送信線の少なくとも一部を形成してよい。 In some implementations, the first conductive layer may form at least a portion of a first transmission line, and the second conductive layer may form at least a portion of a second transmission line.
必要に応じて、交互の導電材料は、それぞれ、MRスキャナの背景磁場B0に対応する適用されるRF信号の波長の約4分の1未満の長さを有し、それにより、導電材料における定常波の加熱効果を低減、最小化、又は防止する。例えば、交互の導電材料は、0.1T単位の0.1T~約10Tの適用されるRF信号の背景磁場の波長の約4分の1未満であってよい。 Optionally, the alternating conductive materials each have a length less than about one-quarter of a wavelength of an applied RF signal corresponding to the MR scanner's background magnetic field B0 , thereby reducing, minimizing or preventing standing wave heating effects in the conductive material. For example, the alternating conductive materials may be less than about one-quarter of a wavelength of the background magnetic field of the applied RF signal from 0.1 T to about 10 T in 0.1 T increments.
必要に応じて、第1の導電層及び第2の導電層の一方又は両方は、医療装置上にプリントされてよい。例えば、第1の導電層及び第2の導電層は、異なる材料を使用して医療装置上にプリントされてよく、また、異なるジオメトリを有する構成で医療装置上にプリントされてよい。必要に応じて、第1の導電層が医療装置上にプリントされる。あるいは、第1の導電層、第2の導電層、及び第1の絶縁層の少なくとも1つは、プリント以外の技術を使用して形成されてよい。例えば、第1の導電層、第2の導電層、及び第1の絶縁層の少なくとも1つは、特に、化学蒸着、プラズマ化学蒸着、化学エッチング、及びレーザーアブレーションの1つ以上を使用することにより、少なくとも部分的に形成されてよい。必要に応じて、第1の導電層及び第2の導電層は、医療装置上にシート状の平面導体を接着することにより形成されてよい。第1の絶縁層は、医療装置の少なくとも一部の周りにポリマー体を熱収縮させることにより、少なくとも部分的に形成されてよい。 Optionally, one or both of the first conductive layer and the second conductive layer may be printed on the medical device. For example, the first conductive layer and the second conductive layer may be printed on the medical device using different materials and in configurations having different geometries. Optionally, the first conductive layer is printed on the medical device. Alternatively, at least one of the first conductive layer, the second conductive layer, and the first insulating layer may be formed using a technique other than printing. For example, at least one of the first conductive layer, the second conductive layer, and the first insulating layer may be formed at least in part by using one or more of chemical vapor deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition, chemical etching, and laser ablation, among others. Optionally, the first conductive layer and the second conductive layer may be formed by adhering a sheet-like planar conductor on the medical device. The first insulating layer may be formed at least in part by heat shrinking a polymer body around at least a portion of the medical device.
いくつかの実装例において、その上に第1の導電層が形成される基面は、絶縁材料により形成されてよい。必要に応じて、装置は、基面の表面の少なくとも一部の上及び第1の導電層の少なくとも一部の下に配置される絶縁材料の層を備えてよい。必要に応じて、層は、さらに、第2の導電層の上に配置される絶縁材料の層を備えてよい。 In some implementations, the base surface on which the first conductive layer is formed may be formed of an insulating material. Optionally, the device may include a layer of insulating material disposed over at least a portion of a surface of the base surface and under at least a portion of the first conductive layer. Optionally, the layer may further include a layer of insulating material disposed over the second conductive layer.
いくつかの実装例において、装置は、さらに、第1の導電層及び第2の導電層の少なくとも一方に電気的に接続される、医療装置上に配置される少なくとも1つの導電巻線を備えてよい。必要に応じて、第1の導電層は、第1の絶縁層がない位置において、第2の導電層に電気的に接続されてよい。いくつかの実装例において、基面は、装置の少なくとも一部上に被せられるように構成される絶縁スリーブを備えてよい。 In some implementations, the device may further include at least one conductive winding disposed on the medical device that is electrically connected to at least one of the first conductive layer and the second conductive layer. Optionally, the first conductive layer may be electrically connected to the second conductive layer at locations where the first insulating layer is absent. In some implementations, the base surface may include an insulating sleeve configured to be placed over at least a portion of the device.
いくつかの実装例において、医療装置は、インターベンションMRI(iMRI)医療装置であってよい。例えば、iMRI装置は、特に、針、カテーテル、装置デリバリカテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、軟性カテーテル、インプラント、シャント、ステント、ペースメーカー、及びペースメーカーリード等の心血管医療装置であってよい。iMRI装置は、脊椎ロッド、椎弓根スクリュー、骨板、ピン、椎体間固定装置、その他等の整形外科医療装置であってよい。iMRI装置は、バイオプシー針、プローブ、染料導入カテーテル、その他等の診断医療装置であってよい。いくつかの実装例において、iMRI装置は、内視鏡、電気外科切開器具、超音波切開装置、外科用メッシュ、その他等の腹腔鏡手術装置であってよい。いくつかの実施形態において、iMRI装置は、子宮マニピュレータ、組織切開装置、プローブ、電気メス装置、その他等の婦人科医療装置であってよい。必要に応じて、iMRI装置は、インプラント、ニューロモデュレーション装置、パッチ、その他等の治療医療装置であってよい。いくつかの実施形態において、iMRI装置は、インプラント、RFIDタグ、可食ピル、その他等の吸収性医療装置であってよい。 In some implementations, the medical device may be an interventional MRI (iMRI) medical device. For example, the iMRI device may be a cardiovascular medical device, such as a needle, catheter, device delivery catheter, guidewire, endoscope, flexible catheter, implant, shunt, stent, pacemaker, and pacemaker lead, among others. The iMRI device may be an orthopedic medical device, such as a spinal rod, pedicle screw, bone plate, pin, interbody fusion device, and the like. The iMRI device may be a diagnostic medical device, such as a biopsy needle, probe, dye introduction catheter, and the like. In some implementations, the iMRI device may be a laparoscopic surgical device, such as an endoscope, an electrosurgical dissector, an ultrasonic dissector, a surgical mesh, and the like. In some embodiments, the iMRI device may be a gynecological medical device, such as a uterine manipulator, a tissue dissector, a probe, an electrocautery device, and the like. Optionally, the iMRI device may be a therapeutic medical device, such as an implant, a neuromodulation device, a patch, and the like. In some embodiments, the iMRI device may be an absorbable medical device, such as an implant, an RFID tag, an edible pill, or the like.
いくつかの実装例において、基面上にプリントされる導電層を備えるMRIマーカ及びその製造方法が提供される。 In some implementations, an MRI marker and method for manufacturing the same is provided, which includes a conductive layer printed on a base surface.
さらなる実装例において、本開示に係る装置の製造方法が提供される。 In a further implementation, a method for manufacturing a device according to the present disclosure is provided.
また、本開示は、MRI互換回路を有する医療装置の実装例を提供する。医療装置は、押出体により少なくとも部分的に形成される延伸本体を備え、延伸本体は、少なくとも1つの送信線を備える。少なくとも1つの送信線は、互いに電気的に絶縁された導体の編組ツイストペアにより少なくとも部分的に形成されてよい。 The present disclosure also provides an implementation of a medical device having MRI-compatible circuitry. The medical device includes an elongated body formed at least in part by an extruded body, the elongated body including at least one transmission line. The at least one transmission line may be formed at least in part by a braided twisted pair of electrically insulated conductors.
必要に応じて、医療装置は、複数の送信線を備えてよい。各送信線は、、互いに電気的に絶縁された導体の編組ツイストペアにより少なくとも部分的に形成されてよい。必要に応じて、医療装置は、さらに、押出体に接続される針を備えてよい。導体の編組ツイストペアの少なくとも1つの導体は、絶縁コーティングを備えてよい。いくつかの実装例において、導体の編組ツイストペアは、ポリマー材料の2つの共押出層の間に配置されてよい。別の実施形態において、編組層は、内側シャフト又は内側管状部材と、ポリマーの浸漬層により形成される若しくは内側シャフト又は内側管状部材及び編組材料の周囲において収縮する収縮チューブの層により形成される外側環状部材との間に配置されてよい。本開示は、さらに、編組装置を提供し、少なくとも一対の導体をツイストペア配置に編組して、医療装置の少なくとも一部を形成することを備える、装置の製造方法を提供する。 Optionally, the medical device may include a plurality of transmission lines. Each transmission line may be at least partially formed by a braided twisted pair of conductors that are electrically insulated from one another. Optionally, the medical device may further include a needle connected to the extrusion body. At least one conductor of the braided twisted pair of conductors may include an insulating coating. In some implementations, the braided twisted pair of conductors may be disposed between two co-extruded layers of polymeric material. In another embodiment, the braided layer may be disposed between an inner shaft or inner tubular member and an outer annular member formed by a dipped layer of polymer or by a layer of shrink tubing that shrinks around the inner shaft or inner tubular member and the braided material. The present disclosure further provides a braided device and a method of manufacturing the device, comprising braiding at least one pair of conductors into a twisted pair arrangement to form at least a portion of the medical device.
上記の概略的な記載及び下記の詳細な説明は例であり、本開示の実施形態についてさらなる説明を提供することを意図するものであることが理解される。添付される図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本開示の方法及びシステムを図示し、さらなる理解を提供するために含まれる。図面は、説明と共に本開示の原理を説明するために供される。 It is understood that the foregoing general description and the following detailed description are examples and are intended to provide further explanation of the embodiments of the present disclosure. The accompanying drawings are incorporated in and constitute a part of this specification and are included to illustrate and provide a further understanding of the methods and systems of the present disclosure. The drawings, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.
本開示の好適な実施形態について、添付される図面を参照にして詳細に説明する。本実施形態の方法及び対応する手順は、システムの詳細な説明と共に説明される。 Preferred embodiments of the present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. The method and corresponding procedures of the present embodiment will be described together with a detailed description of the system.
本開示は、インターベンションMRI(いわゆるiMRI)処置に有用な装置の実施形態を提供する。出願人は、よりMRIとの互換性が強い、手術器具及びインプラント等の装置を製造するために様々な試みがあったと認識している。しかしながら、そのような装置は欠点を有していた。 The present disclosure provides embodiments of devices useful for interventional MRI (so-called iMRI) procedures. Applicant recognizes that there have been various attempts to make devices, such as surgical instruments and implants, more MRI compatible. However, such devices have had shortcomings.
参照のために、図1は、核磁気共鳴システムの例を示し、核磁気共鳴システムは、装置の中心穴12の縦軸又はZ軸に沿って均一、一時的、一定の磁場B0を生成する複数の一次磁気コイル10を備える。超伝導の好適な実施形態において、一次磁気コイルは、型14により支持され、環状ヘリウム容器又はカン16に受けられる。一次磁気コイルを超伝導温度に維持するために、容器はヘリウムで満たされる。カンは、魔法瓶20において支持される一連の冷シールド18により囲まれている。もちろん、環状抵抗性の磁石、C磁石、その他が考慮されてもよい。 For reference, Figure 1 shows an example of a nuclear magnetic resonance system comprising a plurality of primary magnetic coils 10 which generate a uniform, temporary, constant magnetic field B0 along the longitudinal or Z axis of a central bore 12 of the device. In a preferred embodiment for superconducting, the primary magnetic coils are supported by a former 14 and received in an annular helium vessel or can 16. The vessel is filled with helium to maintain the primary magnetic coils at superconducting temperatures. The can is surrounded by a series of cold shields 18 supported in thermoses 20. Of course, annular resistive magnets, C-magnets, etc. may also be considered.
全体勾配磁場コイルアセンブリ30は、勾配磁場Gx、Gy、Gzを生成するために、穴12に取り付けられるx、y、zコイルを備える。好適には、勾配コイルアセンブリ30は、誘電型に入れられる一次x、y、zコイルアセンブリ32及び魔法瓶20の円筒を画定する穴に支持される二次x、y、zコイルを備える自己遮蔽勾配コイルである。全体高周波コイル36は、勾配コイルアセンブリ30の内部に取り付けられる。銅メッシュ等の全体高周波シールド38は、全体高周波コイル36及び勾配コイルアセンブリ30に取り付けられてよい。必要に応じて、挿入可能高周波コイル40が、磁石10のアイソセンタの周囲に画定される試験領域内の穴に着脱可能に取り付けられてよい。図2の実施形態において、挿入可能高周波コイル40は、患者の頭及び首の一方又は両方を画像化するための頭コイル及び首コイルであるが、膝コイル、肩コイル、胸コイル、手首コイル、脊椎を画像化するための後コイル、その他等の他の四肢コイルであってよい。 The global gradient coil assembly 30 includes x, y, and z coils mounted in the bore 12 to generate gradient magnetic fields Gx, Gy, and Gz. Preferably, the gradient coil assembly 30 is a self-shielded gradient coil including a primary x, y, and z coil assembly 32 encased in a dielectric mold and secondary x, y, and z coils supported in a bore defining the cylinder of the thermos flask 20. The global radio frequency coil 36 is mounted inside the gradient coil assembly 30. A global radio frequency shield 38, such as a copper mesh, may be attached to the global radio frequency coil 36 and the gradient coil assembly 30. If desired, an insertable radio frequency coil 40 may be removably mounted in a bore in a test volume defined around the isocenter of the magnet 10. In the embodiment of FIG. 2, the insertable radio frequency coil 40 is a head coil and a neck coil for imaging one or both of the patient's head and neck, but may be other limb coils such as a knee coil, a shoulder coil, a chest coil, a wrist coil, a posterior coil for imaging the spine, and the like.
図1を続けて参照すると、ビデオモニタ52等のヒトが読めるディスプレイと、キーボード54、マウス56、トラックボール、ライトペン、その他等のオペレータ入力装置とを備えるオペレータインターフェース制御ステーションが提供される。また、RFパルスが画像化調査の一部で使用される場合にシーケンス制御メモリに保存される複数の予めプログラムされた核磁気共鳴シーケンスからオペレータが選択できるようにするためのハードウェア及びソフトウェアを備えるコンピュータ制御及び再構築モジュール58が提供される。シーケンス制御部60は、選択された勾配シーケンスの間の適切な時間に勾配磁場Gx、Gy、Gzを生成するための、勾配コイルアセンブリに接続される勾配増幅器62と、RFパルスが調査に使用される場合に選択されたシーケンスの通りの時間に高周波場パルスB1を生成するように全体及び挿入可能高周波コイルの選択された一方を動かすデジタル送信機64と、を制御する。 1, an operator interface control station is provided that includes a human readable display such as a video monitor 52, and an operator input device such as a keyboard 54, mouse 56, trackball, light pen, etc. Also provided is a computer control and reconstruction module 58 that includes hardware and software for allowing the operator to select from a number of preprogrammed nuclear magnetic resonance sequences stored in a sequence control memory when RF pulses are to be used as part of an imaging study. A sequence controller 60 controls gradient amplifiers 62 connected to the gradient coil assembly for generating gradient magnetic fields Gx, Gy, Gz at appropriate times during a selected gradient sequence, and a digital transmitter 64 that drives a selected one of the global and insertable radio frequency coils to generate radio frequency field pulses B1 at times as per the selected sequence when RF pulses are to be used in a study.
コイル40により受信されたMR信号は、デジタル受信機66により復調され、データメモリ68に保存される。データメモリからのデータは、再構築又はアレイプロセッサ70により、画像メモリ72に保存される容量画像表示に再構築される。位相配列が受信コイルアセンブリとして使用される場合、画像は、コイル信号から再構築されてよい。オペレータの制御下のビデオプロセッサ74は、従来技術におけるビデオモニタ上での表示のように、容量画像表示の選択された部分をスライス画像、投影画像、斜視図、その他に変換する。 The MR signals received by the coil 40 are demodulated by a digital receiver 66 and stored in a data memory 68. Data from the data memory is reconstructed by a reconstruction or array processor 70 into a volumetric image representation that is stored in an image memory 72. If a phased array is used as the receive coil assembly, an image may be reconstructed from the coil signals. A video processor 74 under operator control converts selected portions of the volumetric image representation into slice images, projection images, perspective views, etc., as would be displayed on a video monitor in the prior art.
さらに、本開示によれば、MRI互換回路を有する医療装置が提供される。装置の例は、基面と、基面上に配置される第1の導電層と、第1の導電層の少なくとも一部上に配置される第1の絶縁層と、第1の絶縁層の少なくとも一部上に配置される第2の導電層と、を備える。 Further, in accordance with the present disclosure, there is provided a medical device having an MRI compatible circuit. An example of the device includes a base surface, a first conductive layer disposed on the base surface, a first insulating layer disposed on at least a portion of the first conductive layer, and a second conductive layer disposed on at least a portion of the first insulating layer.
本開示の実施形態は、アクティブインターベンションMRI装置、システム、及び方法を含む。いくつかの実施形態において、装置は、基板上に導体及び/又は絶縁層をプリントすることにより、少なくとも部分的に形成されるアンテナを備える。特に、本開示は、本明細書に記載されるように、プリント又は他の手段で形成された、インターベンション装置に埋め込まれた複層RFアンテナアセンブリと、RF信号一致/離調回路と、を備える。 Embodiments of the present disclosure include active interventional MRI devices, systems, and methods. In some embodiments, the devices include an antenna formed at least in part by printing conductive and/or insulating layers on a substrate. In particular, the present disclosure includes a multi-layer RF antenna assembly embedded in an interventional device, printed or otherwise formed, and an RF signal matching/detuning circuit, as described herein.
実施形態の例において、本開示は、先端及びシャフトを視覚化し、従来のアンテナ部品を使用せず、また、機械的性能を妥協せずにMRI下のRF誘導加熱を最小化するために、駆動シャフト又は部品上に直接プリントされる(単一アンテナ設計等の)RF受信アンテナ設計を提供する。これらの一体化された機能を備えるアクティブインターベンションMRI装置は、安全な臨床操作を保証することにより、インターベンションMRIの分野において飛躍的な進歩をもたらす。 In example embodiments, the present disclosure provides RF receiving antenna designs (such as single antenna designs) that are printed directly onto the drive shaft or components to visualize the tip and shaft, eliminate traditional antenna components, and minimize RF induction heating under MRI without compromising mechanical performance. An active interventional MRI device with these integrated capabilities represents a breakthrough in the field of interventional MRI by ensuring safe clinical operation.
図2は、表面を有する裸針202の基層を示すMRI針の例を示す分解図である。第2の絶縁層204は、基層上にプリント、あるいは体積される。例えば、層204は、熱収縮チュービング、202の表面上への絶縁材料のプリント、ポリマーへの浸漬、その他により形成される。導電材料の第1の層は、本明細書に記載される任意の方法により、送信線の下地層206として、層204の上に形成される。次に、第2の絶縁層208は、任意の好適な技術を使用して下地層206上に堆積される。次に、導電材料210の第2の層は、さらなる送信線及びループコイルとして図示される1つ以上のアンテナコイルを備え、任意の好適な技術を使用して形成される。次に、最後の絶縁層212は、例えば、層212上に形成又は熱収縮される。 2 is an exploded view of an example MRI needle showing a base layer of bare needle 202 having a surface. A second insulating layer 204 is printed or deposited on the base layer. For example, layer 204 is formed by heat shrink tubing, printing insulating material on the surface of 202, dipping in a polymer, or the like. A first layer of conductive material is formed on layer 204 as an underlayer 206 of the transmission line by any method described herein. A second insulating layer 208 is then deposited on underlayer 206 using any suitable technique. A second layer of conductive material 210 is then formed using any suitable technique, comprising further transmission lines and one or more antenna coils, illustrated as loop coils. A final insulating layer 212 is then formed or heat shrunk on layer 212, for example.
図2に示される装置の全ての層は、本明細書に記載及び/又は言及される方法を含む任意の好適な方法を使用して形成されてよいが、それらには限定されない。例えば、1つ以上の層を形成するために、本明細書に記載される方法の組み合わせが使用されてよい。1つの実施形態において、絶縁層は、熱収縮、浸漬、プリント、その他を使用して形成され、当該層は、その下の導体を露出するようにエッチング又は切除されてよく、その後、次の導電層と電気的に接触するように配置されてよい。任意の好適な回路を形成するために、任意の好適な数の導電材料及び絶縁材料の層が使用されてよい。さらに、装置の表面上に、任意の層が完全又は部分的に形成されてよい。図3は、図2に示される構成要素の最終的なアセンブリを示す。 All layers of the device shown in FIG. 2 may be formed using any suitable method, including, but not limited to, those described and/or referenced herein. For example, a combination of the methods described herein may be used to form one or more layers. In one embodiment, an insulating layer is formed using heat shrink, dipping, printing, etc., and the layer may be etched or cut to expose the conductors underneath, and then placed in electrical contact with the next conductive layer. Any suitable number of layers of conductive and insulating materials may be used to form any suitable circuit. Additionally, any layer may be fully or partially formed on the surface of the device. FIG. 3 shows the final assembly of the components shown in FIG. 2.
実施形態の例において、図4乃至6に示されるように、RFアンテナプリントシステムは、インターベンション装置シャフト(例えば、図2の202)等の基板上にRFアンテナ設計の各層をプリントするように構成される4軸CNCシステムの形態で図示される。図示される実装例において、インターベンション装置シャフトは、中空シャフト回転軸に取り付けられてよく(図4、Detail”B”)、プリンティングヘッドは、直線軸(例えば、Z軸)の1つに取り付けられてよく、また、プリンティングヘッドは、回転軸を中心にシャフトを回転させ、Z(縦)軸に沿ったワークピース及び/又はプリンティングヘッドの高さを調節することでプリント動作を達成するために、他の2つの軸(X及びY軸)動いてよい。 In an example embodiment, as shown in FIGS. 4-6, an RF antenna printing system is illustrated in the form of a 4-axis CNC system configured to print each layer of an RF antenna design onto a substrate, such as an interventional device shaft (e.g., 202 in FIG. 2). In the illustrated implementation, the interventional device shaft may be attached to a hollow shaft rotation axis (FIG. 4, Detail "B"), the printing head may be attached to one linear axis (e.g., Z axis), and the printing head may move in the other two axes (X and Y axes) to accomplish the printing operation by rotating the shaft about the rotation axis and adjusting the height of the workpiece and/or the printing head along the Z (vertical) axis.
単一チャンネルRFアンテナ設計は、例えば、3D設計ソフトウェアを使用して複数の層から形成されてよい。アンテナ及び/又は送信線の特定の部分は、高インピーダンスインク(すなわち、隣接する組織又は解剖学的構造の複素インピーダンスにほぼ合致する)によりプリントされるようにマークされてよい。この製図は、後処理ソフトウェアを使用して標準Gコードに変換されてよく、アンテナ部品の複素インピーダンスを変更し、また、駆動シャフトにRFアンテナをプリントする間に2つの隣接する導電層の間に絶縁層を含むためにインク源を変更するために、特殊Mコードが割り当てられてよい。その全長にわたって均質なプロファイルを有する従来の送信線(すなわち、同軸ケーブル又はツイストペア)を使用する代わりに、開示される新規のRFアンテナは、プリント及び/又は蒸着、箔、化学エッチング、レーザーアブレーション、その他を含む他の方法により全てが形成されているか又は部分的に形成されているかに関わらず、MRIスキャン中のアンテナに沿った容量性及び誘導性カップリング効果の制御を可能にし、また、RFトラップ、バラン、LCタンク、その他等のあらゆる大きいRF回路要素を追加せずに、RFアンテナ上のRF誘導加熱の制限を補助する。 A single channel RF antenna design may be formed from multiple layers using, for example, 3D design software. Certain portions of the antenna and/or transmission line may be marked to be printed with high impedance ink (i.e., approximately matching the complex impedance of the adjacent tissue or anatomical structure). This drawing may be converted to standard G-code using post-processing software, and special M-codes may be assigned to modify the complex impedance of the antenna parts and to modify the ink source to include an insulating layer between two adjacent conductive layers during printing of the RF antenna on the drive shaft. Instead of using a conventional transmission line (i.e., coaxial cable or twisted pair) with a homogenous profile over its entire length, the disclosed novel RF antenna, whether fully or partially formed by printing and/or other methods including deposition, foil, chemical etching, laser ablation, etc., allows for control of capacitive and inductive coupling effects along the antenna during MRI scanning, and also helps limit RF induction heating on the RF antenna without adding any bulky RF circuit elements such as RF traps, baluns, LC tanks, etc.
図2乃至7に示される実施形態において、開示されるRFアンテナプリントシステムは、アンテナのプリント中に導電又は絶縁インクの特性を制御可能に調整することを可能にする、複数の印刷用インクカートリッジ及びノズルを収容する回転プリントヘッドを有する。回転プリントヘッドの位置は、ステッピング/サーボモータを通じて制御されてよい。ノズルは、特に、分配、噴射、又はプレスすることにより、装置のシャフトの表面にインクを塗布してよい。 In the embodiment shown in Figures 2-7, the disclosed RF antenna printing system has a rotating print head housing multiple printing ink cartridges and nozzles that allow for controllably adjusting the properties of the conductive or insulating ink during printing of the antenna. The position of the rotating print head may be controlled through a stepper/servo motor. The nozzles may apply the ink to the surface of the shaft of the device by dispensing, spraying, or pressing, among other things.
1つの実施形態において、RFアンテナ設計プリントシステムは、4軸CNCコントローラの1つの軸(X、Y、Z、及びA(回転)軸)上に取り付けられた、導電及び絶縁インクノズルの両方が組み込まれる分配ユニットを有する。性能を発揮するためのRF設計データ及びシミュレーションの結果に基づいて、デジタルRFアンテナ設計は、複数の層に分割されてよく、デジタル設計ファイルは、Gコード(CNC機械用の汎用プログラム言語)に変換されてよく、Gコードは、目標のRFアンテナジオメトリがCNCユニットにより装置シャフト又は部品上にプリントされるように、後処理ソフトウェアにより作成される。これは、開示されるマルチヘッド分配ユニットによりアンテナ部品をプリントすることで達成される。分配ユニットは、ユーザが準備した設計ファイルに基づいて装置表面上に異なる導電及び絶縁インクをプリントするための複数のノズルを有してよい。従って、システムは、例えば設計に従う好適な電気的及び機械的特性を達成するために、2つの異なるインクを混合してよい。 In one embodiment, the RF antenna design printing system has a dispensing unit that incorporates both conductive and insulating ink nozzles, mounted on one axis (X, Y, Z, and A (rotary) axis) of a four-axis CNC controller. Based on the RF design data and the results of the simulation to perform, the digital RF antenna design may be split into multiple layers, and the digital design file may be converted into G-code (general purpose programming language for CNC machines), which is created by post-processing software so that the target RF antenna geometry is printed on the device shaft or part by the CNC unit. This is achieved by printing the antenna parts with the disclosed multi-head dispensing unit. The dispensing unit may have multiple nozzles for printing different conductive and insulating inks on the device surface based on the user-prepared design file. Thus, the system may mix two different inks to achieve suitable electrical and mechanical properties according to the design, for example.
回転スイッチ機構は、例えば分配ヘッドを回転させることにより、導電インクのプリントと絶縁インクのプリントとを切り替えてよい。導電及び絶縁インクノズルは、プリントヘッドに取り付けられてよく、回転ヘッド上のアクティブノズルを変更することにより好適な導電性を達成可能であり、プリント速度を変更することにより(軸が早く動くほどプリントされる構造が薄くなる)好適なジオメトリ(例えば、線、幅、厚さ、及び配列)を達成可能である。アンテナ部品のジオメトリ(例えば、線、幅、厚さ、及び配列)及び絶縁層の厚さを変更することにより、アンテナインピーダンス全体の誘導特性を大幅に変更せずにアンテナ全体の信号プロファイルを変更できる、目標の小さな部分における高い容量性インピーダンスを達成できる。これは、従来のRFアンテナ製造方法では現実的ではなかったが、ユーザは、この柔軟性により、医療同意シャフト又は部品上に、想定されるアンテナ設計とほぼ同一のRF受信アンテナを設計及び製造することができるようになる。 A rotary switch mechanism may switch between printing conductive ink and insulating ink, for example by rotating the dispensing head. Conductive and insulating ink nozzles may be attached to the print head, and the preferred conductivity can be achieved by changing the active nozzles on the rotating head, and the preferred geometry (e.g., line, width, thickness, and arrangement) can be achieved by changing the print speed (faster axis movement results in thinner printed structures). By changing the geometry (e.g., line, width, thickness, and arrangement) of the antenna parts and the thickness of the insulating layers, high capacitive impedances can be achieved on small portions of the target, which can change the signal profile of the entire antenna without significantly changing the inductive characteristics of the overall antenna impedance. This flexibility allows users to design and manufacture RF receiving antennas on medical consent shafts or parts that are nearly identical to the envisioned antenna design, which was not practical with conventional RF antenna manufacturing methods.
さらなる実施形態において、RF受信アンテナの導電要素のインピーダンス値は、プリント中に、アクティブ医療装置の装置全体のプロファイルを変更せずに調整可能あり、それにより、誘導磁場を増幅させるように設計される部分が低インピーダンスインクによりプリント可能となり、長い送信線の特定の部分が薄いコーティングで絶縁されたより幅の広い線でプリント可能となり、送信線及びその周囲環境の容量性カップリングが向上する。これは、導電インクの種類を交互に変更することで各アンテナ部品の特性インピーダンス及び幾何学的形状をシームレスに変更すること、及び製造中に通常の導電送信線材料(すなわち、絶縁ワイヤ、ツイストペア、又はマイクロ同軸ケーブル)を使用する代わりにプリントヘッドの移動速度を変更することにより達成される。 In a further embodiment, the impedance values of the conductive elements of the RF receiving antenna can be adjusted during printing without changing the overall device profile of the active medical device, so that sections designed to amplify the induced magnetic field can be printed with low impedance inks, and certain sections of long transmission lines can be printed with wider lines insulated with a thin coating to improve capacitive coupling of the transmission line and its surrounding environment. This is achieved by seamlessly changing the characteristic impedance and geometry of each antenna component by alternating between different types of conductive inks, and by varying the speed of print head movement during manufacturing instead of using typical conductive transmission line materials (i.e., insulated wire, twisted pair, or micro-coax).
導電材料の層は、所定の位置に混合された導電インクをプリントすることにより、並びに/又は異なる導電インクをそれぞれの上及び/若しくは横に直接積層することにより、形成されてよい。所定の回路経路は、例えば、基板の表面に沿った絶縁材料及び/又は空間的な分離により他の位置と分離される選択された位置の導電材料の層を結合させることにより、層の経路上に形成されてよい。 Layers of conductive material may be formed by printing mixed conductive inks at predetermined locations and/or by laminating different conductive inks directly on top of and/or alongside each other. Predetermined circuit paths may be formed on the paths of the layers, for example, by combining layers of conductive material at selected locations that are separated from other locations by insulating material and/or spatial separation along the surface of the substrate.
別の実施形態において、MRI下で1つに位置の空間的位置を見つけるため補助のためのRF共鳴マーカが形成されてよい。例えば、そのようなマーカは、LCタンク回路を形成するための隣接する層の導電構造の幅及び絶縁材料の厚さを調整することにより、駆動シャフト又は部品上にプリント可能である。これにより、受信したRF信号をアクティブインターベンション装置用のスキャナに送信するために必要な長い送信線を無くすことができる。 In another embodiment, RF resonant markers may be created to aid in locating one's spatial location under MRI. For example, such markers can be printed on the drive shaft or components by adjusting the width of the conductive structures and the thickness of the insulating material in adjacent layers to form the LC tank circuit. This can eliminate the long transmission lines required to transmit the received RF signal to the scanner for the active intervention device.
さらなる別の実施形態において、RFアンテナは、RFアンテナ全体及びその送信線の電気的な長さが複数のサブセクションに分割できるように駆動シャフト上にプリント可能であり、各サブセクションの長さは、スキャナの背景磁場B0に対応する波長(例えば、1.5テスラにおいて64MHz)における水素のラーモア周波数の4分の1の波長に相当し(又はそれ以下であり)、その複素インピーダンスは、隣接する組織又は解剖学的構造(図7)に相当するように構成されてよい。これは、所定の間隔で導電インクを変更し、各セグメントがその周囲の解剖学的構造と合致するインピーダンスを有するようにすることで達成できる。それにより、誘導電流密度は、シャフトに沿って均質となり、駆動シャフト沿いに発生するあらゆる「熱い場所」を抑止することができる。また、この設計は、アクティブ装置全体のプロファイル及び機械的性能の両方に悪影響を与え得る送信線沿いのRFトラップ又はバランを形成させる大きなアナログで電気的な部品を備える必要を排除する。 In yet another embodiment, the RF antenna can be printed on the drive shaft such that the electrical length of the entire RF antenna and its transmission line can be divided into subsections, each with a length equal to (or less than) a quarter wavelength of the Larmor frequency of hydrogen at a wavelength corresponding to the scanner's background magnetic field B0 (e.g., 64 MHz at 1.5 Tesla) and with a complex impedance that corresponds to the adjacent tissue or anatomical structure (FIG. 7). This can be achieved by modifying the conductive ink at predetermined intervals so that each segment has an impedance that matches the anatomical structure around it. The induced current density is then homogenized along the shaft, preventing any "hot spots" from occurring along the drive shaft. This design also eliminates the need for bulky analog and electrical components that form RF traps or baluns along the transmission line, which can adversely affect both the overall active device profile and mechanical performance.
これらの開示された実施形態は、MRI中の放射されたRF信号とインターベンション装置に埋め込まれたRF受信アンテナの特定の配置との間の容量性カップリングを可能にする。この特徴は、1つのアンテナのみを使用してより優れたアクティブMRI装置のシャフト視覚化を提供する。また、1つの金属部品に沿って変化するインピーダンスの特性は、MRIスキャン中の患者の安全に重要なアクティブ装置にわたるRF誘導加熱の量を制御することを可能にする。例えば、図に示されるように、シャフト沿いの特定の点及び全体長の両方を同時に提供できる針シャフト上にプリントされる1つ以上のRF受信アンテナを有するアクティブMRI針が提供される。 These disclosed embodiments allow for capacitive coupling between the radiated RF signal during MRI and specific placement of RF receiving antennas embedded in the interventional device. This feature provides better active MRI device shaft visualization using only one antenna. Also, the varying impedance characteristics along one metal part allows for control of the amount of RF induced heating across the active device, which is critical to patient safety during MRI scans. For example, as shown in the figures, an active MRI needle is provided with one or more RF receiving antennas printed on the needle shaft that can simultaneously provide both specific points along the shaft and the entire length.
開示される実施形態の導電及び絶縁層は、異なる材料を使用して医療装置上にプリントされてよく、また、異なるジオメトリを有する構成により医療装置上にプリントされてよいことが理解される。あるいは、層の1つ以上(又は層の全て)は、プリント以外の技術を使用して形成されてよい。例えば、導電層及び絶縁層の少なくとも1つは、特に、化学蒸着、プラズマ化学蒸着、化学エッチング、及びレーザーアブレーションの1つ以上を使用することにより、少なくとも部分的に形成されてよい。必要に応じて、層の1つは、医療装置上にシート状の平面導体を接着することにより形成されてよい。第1の絶縁層は、医療装置の少なくとも一部の周りにポリマー体を熱収縮させることにより、少なくとも部分的に形成されてよい。 It is understood that the conductive and insulating layers of the disclosed embodiments may be printed on the medical device using different materials and may be printed on the medical device in configurations having different geometries. Alternatively, one or more of the layers (or all of the layers) may be formed using techniques other than printing. For example, at least one of the conductive and insulating layers may be formed at least in part by using one or more of chemical vapor deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition, chemical etching, and laser ablation, among others. Optionally, one of the layers may be formed by adhering a sheet-like planar conductor onto the medical device. The first insulating layer may be formed at least in part by heat shrinking a polymer body around at least a portion of the medical device.
図面においてMRI針が具体的に描かれているが、開示される技術及びシステムは、多数の異なる種類の装置を形成するために使用されてよいことが理解される。 Although an MRI needle is specifically depicted in the drawings, it is understood that the disclosed techniques and systems may be used to form many different types of devices.
例えば、iMRI装置が形成されてよい。当該装置は、特に、針、カテーテル、装置デリバリカテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、軟性カテーテル、インプラント、シャント、ステント、ペースメーカー、及びペースメーカーリード等の心血管医療装置であってよい。 For example, an iMRI device may be formed. The device may be a cardiovascular medical device, such as a needle, a catheter, a device delivery catheter, a guidewire, an endoscope, a flexible catheter, an implant, a shunt, a stent, a pacemaker, and a pacemaker lead, among others.
iMRI装置は、脊椎ロッド、椎弓根スクリュー、骨板、ピン、椎体間固定装置、その他等の整形外科医療装置であってよい。 The iMRI device may be an orthopedic medical device such as a spinal rod, pedicle screw, bone plate, pin, interbody fusion device, etc.
iMRI装置は、バイオプシー針、プローブ、染料導入カテーテル、その他等の診断医療装置であってよい。 The iMRI device may be a diagnostic medical device such as a biopsy needle, probe, dye introduction catheter, etc.
いくつかの実装例において、iMRI装置は、内視鏡、電気外科切開器具、超音波切開装置、外科用メッシュ、その他等の腹腔鏡手術装置であってよい。 In some implementations, the iMRI device may be a laparoscopic surgical device, such as an endoscope, an electrosurgical dissector, an ultrasonic dissector, a surgical mesh, or the like.
いくつかの実施形態において、iMRI装置は、子宮マニピュレータ、組織切開装置、プローブ、電気メス装置、その他等の婦人科医療装置であってよい。 In some embodiments, the iMRI device may be a gynecological medical device, such as a uterine manipulator, tissue dissector, probe, electrocautery device, or the like.
必要に応じて、iMRI装置は、インプラント、ニューロモデュレーション装置、パッチ、その他等の治療医療装置であってよい。 Optionally, the iMRI device may be a therapeutic medical device such as an implant, neuromodulation device, patch, etc.
いくつかの実施形態において、iMRI装置は、インプラント、RFIDタグ、可食ピル、その他等の吸収性医療装置であってよい。 In some embodiments, the iMRI device may be an absorbable medical device, such as an implant, an RFID tag, an edible pill, or the like.
本明細書に記載されるように、さらなる実装例において、1つ以上の送信線が、編組された導体を装置に組み込む工程において医療装置に提供される。本明細書に記載されるように、概して、RF送信線は、機器により検出されたRF信号を信号プロセッサ及び/又は演算装置に持ち出し、信号減衰を最小化するために有用である。 As described herein, in further implementations, one or more transmission lines are provided to the medical device in a process incorporating the braided conductor into the device. As described herein, generally, the RF transmission lines are useful for carrying RF signals detected by the device to a signal processor and/or computing device and minimizing signal attenuation.
本明細書に記載されるようなインターベンション装置は、アクティブビジュアライゼーション又はパッシブビジュアライゼーション技術を使用することにより、MRI下で視覚化を行うことができる。アクティブビジュアライゼーション技術に関して、血管内装置は、装置本体に埋め込まれるRF受信アンテナを組み込んでいてよい。MRスキャナのRF送信コイルにより患者の関心領域(ROI)、ROIにおける患者の水素陽子を励起させた後、医療装置におけるアンテナは、患者の励起された陽子が低エネルギー状態に戻る時に放射される弱RF信号を拾うことができる。信号を受信した後、信号は、医療装置により、最低限の信号減衰でMRスキャナに送信されなければならず、それにより、信号は、必要に応じて、例えば、ROIの周囲の他の画像化コイルにより受信されたデータから構築されるMRI画像に、医療装置の画像又はその一部を重畳することにより、画像化又は装置の追跡目的のために使用されてよい。 An interventional device as described herein can be visualized under MRI by using active visualization or passive visualization techniques. With respect to active visualization techniques, the intravascular device may incorporate an RF receiving antenna embedded in the device body. After exciting the patient's region of interest (ROI) by the RF transmitting coil of the MR scanner, the patient's hydrogen protons in the ROI, the antenna in the medical device can pick up the weak RF signal emitted when the patient's excited protons return to a low energy state. After receiving the signal, the signal must be transmitted by the medical device to the MR scanner with minimal signal attenuation, so that the signal can be used for imaging or device tracking purposes, as needed, for example, by superimposing the image of the medical device or a portion thereof on an MRI image constructed from data received by other imaging coils around the ROI.
トルク伝達性、押し込み性、柔軟性等の(経血管カテーテル等の)医療装置の必要な機械的特性に応じて、(16ヘッド組ひも機、32ヘッド組ひも機、その他等の)様々な異なる編組機器におけるフルロード、ハーフロード、及びダイヤモンドパターン等の様々な異なる編組パターンの1つ以上が、医療装置の構築に使用されてよい。好適な機械的特性用に編組ヘッド及びパターンをファイナライズした後、2つの編組繊維(及び、必要に応じて、追加の編組繊維)は、(エナメル塗装された銅ワイヤ等の)絶縁された導体ワイヤに置換されてよく、2つの共押出されたポリマー管状層の間に位置する編組繊維の層等の編組層に一体化されるツイストペアの送信線を形成する。当該ツイストペアを形成する各導体ワイヤの反対の巻きは、放射状のE界成分を互いに打ち消すための補助であってよく、MRI下の長い導体にわたるRF誘導加熱を最小化できる。また、受信した信号をMRスキャナに送信する際のツイストペア送信ペアを通した送信線における信号減衰を最小化できる Depending on the required mechanical properties of the medical device (such as a transvascular catheter), such as torqueability, pushability, flexibility, etc., one or more of a variety of different braiding patterns, such as full load, half load, and diamond pattern on a variety of different braiding machines (such as a 16-head braiding machine, a 32-head braiding machine, etc.), may be used to construct the medical device. After finalizing the braiding head and pattern for suitable mechanical properties, the two braided fibers (and additional braided fibers, if necessary) may be replaced with insulated conductor wires (such as enameled copper wires) to form a twisted pair transmission line that is integrated into the braid layer, such as a layer of braided fibers located between two co-extruded polymer tubular layers. The opposing turns of each conductor wire forming the twisted pair may help to cancel out radial E-field components from each other, minimizing RF induction heating over long conductors under MRI. It may also minimize signal attenuation in the transmission line through the twisted pair transmission pair when transmitting received signals to the MR scanner.
図8は、マンドレル上に設置されたPTFEライナー上に形成されるハイブリッド編組層の例を示す。本実施例における2つの編組繊維は、例えば編組層に沿ってツイストペアを形成するエナメル塗装された銅ワイヤにより置換される。銅ワイヤの遠端は、装置の遠端へといかないように位置的に切断されている。また、ワイヤの近端も切断されている。これにより、編組層にわたってワイヤを配置する際に、送信線の自由端がソレノイドループコイルアンテナの2つの端部に位置することを可能にする。図9は、編組層と一体化したフルツイストペアを示す。 Figure 8 shows an example of a hybrid braided layer formed on a PTFE liner placed on a mandrel. The two braided fibers in this example are replaced by, for example, enameled copper wires that form a twisted pair along the braided layer. The far end of the copper wire is cut off at a location that does not go to the far end of the device. The proximal end of the wire is also cut off. This allows the free ends of the transmission line to be located at the two ends of the solenoid loop coil antenna when the wire is placed across the braided layer. Figure 9 shows a full twisted pair integrated with the braided layer.
本出願において、その利点及び特徴は、実施形態の代表的な例のみが記載されており、網羅されているわけではない及び/又は排他的であるわけではない。これらは、単に請求される原理への理解及び教示を補助するものである。これらは、開示される全ての実施形態の代表というわけではないことが理解される。従って、本開示のいくつかの様態は、本明細書に記載されていない。本明細書の特定の部分については代替的な実施形態は記載されておらず、また、ある部分について代替的な実施の形態が記載されていないことは、その部分の代替的な実施形態を否定するものではない。記載されていない多数の実施形態は、本開示及びその他の同等の範囲と同じ原理が組み込まれていることが理解される。従って、その他の実施形態が利用されてもよく、機能的、論理的、構成的、構造的、及び/又は形態的な変更が本開示の範囲及び/又は精神から逸脱することなく行われてよい点が理解される。そのため、本開示を通して、全ての実施例及び/又は実施形態は、非限定的なものとして扱われる。また、空間及び反復を減らすためのものを除き、本明細書に記載される実施形態から本明細書に記載されていない実施形態に対する推測はなされるべきではない。例えば、図面及び/又は全体にわたって記載される任意のプログラム部品(部品の集合)の任意の組み合わせの論理的及び/又は形態的な構造、その他の部品、及び/又は任意の現在の特徴は、固定された動作順及び/又は配置に限定されず、むしろ、任意の順番は例であり、順番に関わらず、全ての同等の範囲が本開示において考慮されることが理解される。さらに、そのような特徴はその順番による実行に限定されず、むしろ、非同期的に、同時に、並行に、共に、同期的に、及び/又はその他で実行され得るスレッド、プロセス、サービス、サーバ、及び/又はその他について、あらゆる数が本開示において考慮される。従って、これらの特徴のいくつかは、それらが1つの実施形態において同時に存在できないという点について、互いに矛盾し得る。同様に、いくつかの特徴は、本開示の1つの様態に適用可能であり、その他には適用できない。加えて、本開示は、ここに請求される以外の実施形態を含む。出願人は、現在請求されていない実施形態について、当該実施形態を請求する権利、追加出願を行う権利、継続出願を行う権利、一部継続出願を行う権利、分割出願を行う権利、及び/又はその他等の全ての権利を保有する。従って、本開示の利点、実施形態、実施例、機能的、特徴的、論理的、構成的、構造的、形態的、及び/又はその他の様態は、請求の範囲により画定される本開示に対する限定、又は請求の範囲と同等の範囲に対する限定であると考慮されるべきではない。 In this application, the advantages and features are described as representative examples of embodiments only, and are not exhaustive and/or exclusive. These are merely to aid in the understanding and teaching of the claimed principles. It is understood that these are not representative of all disclosed embodiments. Thus, some aspects of the disclosure are not described herein. Alternative embodiments are not described for a particular portion of the specification, and the absence of an alternative embodiment for a portion does not negate the alternative embodiment of that portion. It is understood that many embodiments not described incorporate the same principles of the present disclosure and other equivalents. Thus, it is understood that other embodiments may be utilized, and that functional, logical, structural, structural, and/or morphological changes may be made without departing from the scope and/or spirit of the present disclosure. Thus, throughout this disclosure, all examples and/or embodiments are treated as non-limiting. Furthermore, no inference should be drawn from the embodiments described herein to embodiments not described herein, except to reduce space and repetition. For example, it is understood that the logical and/or physical structure of any combination of any program components (groups of components), other components, and/or any present features described in the drawings and/or throughout are not limited to a fixed order of operation and/or arrangement, but rather, any order is an example, and all equivalent scope regardless of order is contemplated in this disclosure. Furthermore, such features are not limited to execution in that order, but rather, any number of threads, processes, services, servers, and/or the like that may be executed asynchronously, simultaneously, in parallel, together, synchronously, and/or otherwise is contemplated in this disclosure. Thus, some of these features may be inconsistent with one another in that they cannot exist simultaneously in one embodiment. Similarly, some features are applicable to one aspect of the disclosure and not applicable to others. Additionally, the disclosure includes embodiments other than those claimed herein. Applicant reserves all rights, such as the right to claim such embodiments, the right to file additional applications, the right to file continuation applications, the right to file continuation-in-part applications, the right to file divisional applications, and/or the like, to any currently unclaimed embodiments. Therefore, the advantages, embodiments, examples, functional, characteristic, logical, configurational, structural, morphological, and/or other aspects of the present disclosure should not be considered limitations on the present disclosure as defined by the claims or limitations on the scope of equivalents to the claims.
本開示の原理、様態、及び実施形態、並びにその具体的な例を示す本明細書の全ての記載は、構造的及び機能的に同等な範囲の両方を包含するように意図される。さらに、そのような同等の範囲は、既知の同等の範囲及び将来開発される同等の範囲、すなわち、構造に関わらず同じ機能を有するように開発されるあらゆる要素、の両方を含むように意図される。 All statements herein that recite principles, aspects, and embodiments of the present disclosure, as well as specific examples thereof, are intended to encompass both structural and functional equivalents. Moreover, such equivalents are intended to encompass both known equivalents and equivalents developed in the future, i.e., any elements developed that have the same function regardless of structure.
本明細書において説明される回路、方法、工程、及びコンピュータプログラムは、開示される実施形態の原理を実装する回路及びソフトウェアの例の概念的な実施形態を表す。従って、本明細書に示される及び説明される様々な要素の機能は、専用ハードウェア、及び本明細書に記載される適当なソフトウェアに関連するソフトウェアを実行可能なハードウェアの使用により提供されてよい。 The circuits, methods, processes, and computer programs described herein represent conceptual embodiments of example circuits and software that implement the principles of the disclosed embodiments. Thus, the functionality of the various elements shown and described herein may be provided through the use of dedicated hardware and hardware capable of executing software in association with appropriate software as described herein.
本開示において、特定の機能を実行するための方法として表現されるあらゆる要素は、例えば、a)当該機能を実行する回路要素及びその関連ハードウェアの組む合わせ、又はb)機能を実行するためのソフトウェアを実行するための適当な回路に組み合わされた、本明細書に記載されるファームウェア、マイクロコード又はその他を含む、任意の形態のソフトウェアを含む、機能を実行する任意の方法を包含する。従って、出願人は、それらの機能を提供可能な任意の方法を、本明細書に示されるものと同等のものとみなす。 In this disclosure, any element expressed as a method for performing a particular function encompasses any method for performing the function, including, for example, a) a combination of circuitry and associated hardware that performs that function, or b) software in any form, including firmware, microcode, or otherwise, as described herein, combined with appropriate circuitry for executing software to perform the function. Accordingly, applicants consider any method capable of providing those functions to be equivalent to those shown herein.
同様に、本明細書に記載されるシステム及びプロセスフローは、コンピュータ読み取り可能媒体において実質的に表され、明示的に示されているかを問わず、コンピュータ又はプロセッサにより実行される様々なプロセスを表すことが理解される。さらに、様々なプロセスは、処理及び/又は別の機能のみをあらわすのではなく、そのような処理又は機能を実行するプログラムコードのブロックとして理解されてもよい。 Similarly, it will be understood that the systems and process flows described herein are substantially represented in a computer-readable medium and, whether or not explicitly depicted, represent various processes executed by a computer or processor. Furthermore, the various processes may be understood as blocks of program code that perform such processes or functions, rather than representing only processes and/or other functions.
特に、上記に説明される及び図面に示される、本開示の方法、システム、コンピュータプログラム、及びモバイル装置は、改善された核磁気共鳴画像法、並びにそれを実行するためのシステム及び機械読み取り可能なプログラムを提供する。本開示の装置、方法、ソフトウェアプログラム、及びモバイル装置に対して、本開示の精神又は範囲から逸脱せずに、様々な変更及び変形を行うことができる点、当業者にとって明らかである。従って、本開示は、本開示の主題の範囲内の変更例及び変形例並びにその同等の範囲を含む。 In particular, the disclosed method, system, computer program, and mobile device, as described above and shown in the drawings, provide an improved magnetic resonance imaging method, and a system and machine-readable program for carrying out the same. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the disclosed device, method, software program, and mobile device without departing from the spirit or scope of the present disclosure. Accordingly, the present disclosure includes modifications and variations within the scope of the subject matter of the present disclosure and their equivalents.
Claims (18)
前記MRI医療装置は、前記MRIスキャナの共鳴周波数に合致するように適応及び構成される共鳴周波数を有し、前記MRI医療装置に沿って第1の送信線を画定し、
前記第1の送信線は、
第1の組織タイプの電気インピーダンスに合致するように構成される第1の電気インピーダンスを有する第1の回路セグメントであって、前記第1の回路セグメントから前記第1の組織タイプへと流れる電流を低減する、第1の回路セグメントと、
前記第1の回路セグメントに動作可能に接続される第2の回路セグメントであって、前記第1の電気インピーダンスとは異なる第2の電気インピーダンスを有する、第2の回路セグメントと、
から少なくとも形成され、
前記第2の電気インピーダンスは、前記第1の組織タイプとは異なる第2の組織タイプの電気インピーダンスと合致するように構成され、前記第2の回路セグメントから前記第2の組織タイプへと流れる電流を低減する、
MRI医療装置。 1. An interventional magnetic resonance imaging (iMRI) medical device having a circuit configured for insertion into a living body, the device comprising:
the MRI medical device having a resonant frequency adapted and configured to match a resonant frequency of the MRI scanner and defining a first transmission line along the MRI medical device;
The first transmission line includes:
a first circuit segment having a first electrical impedance configured to match an electrical impedance of a first tissue type, the first circuit segment reducing current flow from the first circuit segment to the first tissue type;
a second circuit segment operably connected to the first circuit segment, the second circuit segment having a second electrical impedance different from the first electrical impedance;
and
the second electrical impedance is configured to match an electrical impedance of a second tissue type different from the first tissue type to reduce current flow from the second circuit segment to the second tissue type.
MRI medical equipment.
前記アクティブマーカコイルは、周囲の組織から磁気共鳴信号を受信し、前記磁気共鳴信号を前記第1の送信線に沿って前記MRIスキャナへと向けるように構成され、周囲の臓器に対する前記アクティブマーカコイルの物理的な位置の可視化を容易にする、
請求項1のMRI医療装置。 an active marker coil operatively connected to the first transmission line;
the active marker coil is configured to receive magnetic resonance signals from surrounding tissue and direct the magnetic resonance signals along the first transmission line to the MRI scanner to facilitate visualization of a physical position of the active marker coil relative to surrounding organs.
The MRI medical device of claim 1.
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