CN1299122C - 射频安全介入装置 - Google Patents

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Abstract

射频安全介入装置用于与磁共振成像设备配合使用，它至少包括一个长导体(20)用于特定目的，例如，在测试对象中定位射频安全装置。众所周知，在磁共振设备发送射频期间，射频驻波将在此类具有长导体的装置中沿导体聚积，从而在装置及周围组织中产生危险的热量。通过将具有可控阻抗的至少一个串联元件(18)结合到长导体中，而同时串联元件(18)的阻抗由控制单元(16)控制，这样，在射频传输期间，串联元件(18)将长导体(20)细分为长度远远小于组织中所用射频波长的一半，从而避免导体或周围组织中的发热。

Description

射频安全介入装置
技术领域
本发明涉及可与磁共振成像设备配合使用的介入(invasive)装置。更具体地说，本发明涉及一种射频安全的介入装置，该装置配置为将其引入某个对象，其中该介入装置为细长形并至少包含一个长导体，该导体的长度配置为达到或超过通过操作磁共振成像设备在对象中产生的射频(RF)场波长的一半。
背景技术
常规的介入装置包括与磁共振成像(MRI)设备配合使用的导体是已知的，其中，在磁共振设备的射频传输期间，导体内以及导体附近可能产生射频驻波，并且该射频驻波可能大量地集结。驻波可能导致装置和周围组织危险地变热。更具体地说，常规技术主要提供两组包含长导体的介入装置。美国专利No.5318025(’025专利)提供了第一组示例，该专利通过引用结合于本文中。
’025专利公开了一种用于干涉介入过程的介入装置，其中将介入装置通过患者身体的一个开口引导到一个器官。为此，应用了射频场和磁场，以便在介入装置末端所处的身体(组织)部分中产生螺旋的磁共振信号。附着在末端的射频微(μ)线圈接收来自于射频μ线圈附近身体某部分中螺旋的磁共振信号。射频μ线圈所接收的信号将通过电连接传送到近端，并与磁共振设备配合，以确定检查中的患者(对象)身体中介入装置的位置。
第二组的示例是PCT专利No.WO 97/19362(’362专利)，该专利由本申请所有者共同拥有并通过引用给合于本文中。362专利公开了一种用于干涉介入过程的磁共振系统，包括磁共振装置和导管。磁共振装置被配置为获取对象某部分的若干图像。通过提供导体环，可以在磁共振图像中对导管的特定部分成像，所述导体环包括两个位于导管表面之下彼此相隔一定距离的非磁导体。导体环沿导管的整个长度延伸。通过应用和调整通过该导体环的电流，磁共振装置的磁场均匀性受到影响，结果使导管在图像中显示为暗迹。因此可以确定导体在图像中的位置。
同样为本申请所有人共同拥有的美国专利No.5916162(’162专利)也为人所熟知，该专利通过引用给合于本文中。’162专利公开了一种在磁共振成像设备中使用的介入装置，以及一种将装置内长导体上或周围的发热减至最低的方法。’162专利介入装置配置了具有近端和远端的中空载管，并且电连接贯穿载管。电子连接配置了导电屏蔽，它从远端延伸至近端，并且它在所述距离上具有的电阻大大高于相同距离上电连接的电阻。电屏蔽备选地包括若干强导电部分和弱导电部分。
相继的弱导电部分之间的距离小于或等于磁共振成像设备在对象中产生的射频场的约1/4波长，以便激励螺旋成像。这种情况下，具较弱导电性的屏蔽部分将电屏蔽中EM驻波的出现减至最低，这样，由于在电屏蔽中感应的电流远远小于在非屏蔽连接中可能感应的电流，因而这样做有助于减少电屏蔽(和对象)中形成的热量。
但是，’162专利的介入装置不无缺点。例如，数字估计显示：从具有标准直径的导管开始，如果要充分减少产生的热量，则难以实现所需的屏蔽厚度；如果保持固定的标准导管直径以及为实现其原始功能性而保留该直径合理的部分，则屏蔽可能过薄而无法有效地减少热量；因此，这种概念难以在实践中实现，特别是对诸如心脏病或脑溢血应用中使用的小直径导管更难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种射频安全介入装置，以便将其引入磁共振设备的成像对象中，从而可以确定装置在对象中的位置，该装置克服了诸如导管等常规介入装置的缺点。
本发明的另一目的是提供一种磁共振成像系统，它包括一个可与射频安全介入装置配合使用的磁共振成像设备，射频安全介入装置的位置可以在成像对象中定位，并且不会因为磁共振成像设备在成像期间所产生的热量而引起成像对象的过度不适。
本发明的又一目的是提供至少配备了一个长导体的安全射频介入装置，例如线环，以便在磁共振设备的成像对象中引入该装置，从而在射频传输期间避免了导体和周围组织发热。本发明的另一目的是提供一种包括线环的射频安全介入装置，该线环分为多个电子部分，以便在射频传输“开始”时，将线环中通过的感应电流减至最低。
本发明的另一目的是提供一种安全射频介入装置，它包括的电连接用于从远端向近端发送射频以进行定位或成像，该连接有效地分为多个部分，以便在射频传输“开始”时，避免电连接中的感应电流。
如上所述，本发明的射频安全介入装置可与磁共振设备配合使用，以便通过所引入的介入装置为对象成像。磁共振设备包括：第一磁力系统，用于在对象中产生静态磁场；多个梯度线圈，在对象中产生梯度磁场；至少一个射频线圈，将射频脉冲发送到对象以及从对象接收射频信号；以及控制单元，用于控制梯度磁场和射频脉冲以产生磁共振成像信号。
引入的介入装置包括配置有远端和近端的细长封套，其中，在细长封套内配置至少一个长导体用于特定用途。例如，如’362专利公开内容所述，传递直流电流从而为导管定位，或者如’025专利公开内容所述，用于成像/或定位，发送传感器产生的信号等。
在每个长导体中至少包括一个具可控阻抗的串联元件，该元件可以在磁共振成像设备产生射频信号时有效地将长导体分成几个短电气部分。可包括可控串行元件，以避免在长导体中形成驻波，从而将长导体中产生的热量降至最低，由此使成像对象的不适降到了最低。
在第二个实施例当中，本发明的射频安全介入装置通过磁共振成像设备引入成像对象之中，在检查期间通过磁共振成像设备监控装置在对象中的位置。介入装置包括：具有远端和近端的细长封套；配置在细长封套中的线环，用于产生如’362专利中所述的定位信号；以及电子连接，用于将线环耦合到控制单元。
线环至少包括一个电路单元，它在磁共振成像设备产生射频信号时由控制单元激活，以避免在线环中产生热量及因此在成像对像中造成不适。在控制单元使直流电流提供到线环时，线环会产生定位信号。
在第三实施例中，本发明包括磁共振系统(用于对象成像)，它可与引入的射频安全介入装置配合使用，以便确定介入装置的位置。磁共振系统包括磁共振设备和根据本文公开的原理构建的射频安全介入装置。磁共振设备可以是本领域技术人员熟知的任何磁共振成像装置，它包括：第一磁力系统，可在要成像的对象中产生静态磁场；多个梯度线圈，可在对象中产生梯度磁场；至少一个射频线圈，将射频脉冲发送到对象以及从成像的对象接收射频信号；以及控制单元，控制梯度磁场和射频脉冲，以便产生磁共振成像信号。
射频安全介入装置包括：构造有远端和近端的细长封套；配置在细长封套中的线环，以便产生定位信号；以及电连接，将线环连到控制单元。线环至少包括一个电路单元，该电路单元在磁共振成像设备产生射频信号时由控制单元激活，当磁共振成像设备产生射频信号时，控制单元将激活此电路元件，以避免在线环中形成驻波及因此在线环中产生热量，从而导致成像对象由于热量而产生的不适。在控制单元使直流电流提供到线环时，线环会产生定位信号。
附图说明
下面将结合附图，以示例方式详细地描述本发明的上述和其它更详细的方面。
图1是包括本发明射频安全介入装置的常规磁共振成像设备示意图；
图2是描述本发明射频安全介入装置一个实施例的示意图；以及
图3是描述本发明射频安全介入装置另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1显示的磁共振成像设备包括用于产生静态磁场的第一磁力系统2。所示坐标系统的Z方向按惯例对应于磁力系统2中静态磁场的方向。磁共振成像设备也包括若干梯度线圈3、4、5以便在X、Y和Z方向上产生另外的梯度磁场。梯度线圈3、4、5的电能由电源装置11馈送。磁力系统2包含的检查空间足以容纳例如患者7等要检查对象的一部分。射频发射器线圈6的目的是产生射频场，并通过传输/接收线路连接到射频发射器与调制器8。射频发射器线圈6配置在检查空间中患者7的一部分上或配置在其周围。
还提供了接收线圈，该线圈通过发送/接收电路9连接到信号放大器和解调单元10。接收线圈可能与发射器线圈6的线圈相同。控制单元12控制射频调制器8和电源装置11，以产生包含射频脉冲的特殊脉冲序列和梯度。在由位于检查空间中的身体一部分中所产生的射频脉冲激励旋转后，便可通过接收线圈6接收磁共振信号。将从解调单元10得到的磁共振信号信息应用到处理单元14。
处理单元14通过变换将信息处理为图像。此图像可以显示在例如监视器15上。图1也显示了作为与本发明相关的射频安全介入装置示例的射频安全介入装置(导管)17。本发明的射频安全介入装置17可以滑入患者7的体内，并由(导管)控制单元16进行控制。图2更详细地显示了射频安全介入装置(导管)17。
通过适当选择的射频脉冲和梯度磁场，磁共振成像设备产生磁共振信号。在射频线圈6产生磁共振信号期间产生射频场。此射频场在患者7内射频安全导管17的电连接(图1中未示出)中感应电流。射频传输期间在导管内感应的射频场通常导致在介入装置的导线中聚积射频驻波。也就是说，长度大于波长的一半或更长的导线趋向于在距远端约1/4波长的位置达到高电流，并以1/2波长间隔(即在驻波波峰处)重复。高电流导致发热，让患者感到不适，因此是不希望出现的。
本发明的射频安全介入装置的内部设计旨在消除或避免所述高电流。换而言之，为了通过射频线圈6产生磁共振信号，在检查空间中产生射频场。此射频场在(先有技术的介入装置的)长度为1/2波长或更长的导线中并沿导线生成射频驻波，这样，在距远端约1/4波长的位置，导线中相应的感应电流达到最大值，并以1/2波长间隔重复。
驻波波型还伴有在远端增加的射频场并以1/2波长间隔重复。电流和电场均可能达到足够高的幅度而引起发热，让患者感到不适，因而是不希望出现的。本发明的射频安全介入装置的内部设计旨在通过阻止所述驻波的形成来消除所述高电流和过强的电场。
图2更详细地显示了图1中射频安全介入装置17的实施例。其中所示射频安全介入装置或导管17包括两个长导体20，它们将控制单元16连接到可选的另一元件19，以便例如接收磁共振信号，测量如温度等的量等。长导体20包括串联元件18，该串联元件将长导体细分为若干电气部分，而这些部分在电气方面远远小于组织中磁共振成像设备中所使用射频波长的一半。
在此实施例中，串联元件的作用为可接通或闭合的开关。这些开关(串联元件)由控制单元16控制，该控制单元16通过控制路径21控制串联元件。控制单元16由电压源Urev、电流源IDC和电连接件或开关24(参见图3)组成。正如本领域技术人员所理解的一样，控制路径21可包括电子、光学、气动、射频发送、感应、磁力和声波通信路径之一，或任何其它类型的方式来传递控制信号。
控制单元16本身由磁共振成像设备控制，这样，在磁共振成像设备传送射频期间激活串联元件(开关)及子部分。因此，所得到的电子部分太短而无法支持驻波的形成，因而在射频传输期间避免了在那些导体和周围组织中的发热。
图3显示了本发明的射频介入装置(导管)17的另一实施例。装置的基本或非新颖操作是基于’362专利装置的操作。本实施例的新颖特性在于这样的事实：配置为形成线环25的两个长导体20(图2)现包含串联元件18和可选的另一元件19(图2)，后者也可在其中用作终端或电连接(即简单的导线或地)。也就是说，元件19(图2)可以缩减为简单的导线连接。元件19还可以是至医疗成像系统的电耦合，也可以是至非成像医疗系统的电耦合。该另一元件包括与一磁共振成像系统连接的连接件。控制路径21(图2)的功能也由线环25来执行。串联元件18(图2)由二极管DI-DN来实现。
二极管DI到DN放置于以1/4波长或更短的间隔重复的线环中。当串联元件18以1/2波长的间隔放置时，新的共振元件(1/2波长的偶极子)会形成，以支持尽可能短的驻波。在中心将存在高电流，而在所有子部分的两端均存在高电场。因此，串联元件18必须以基本较短的间隔放置，最好为1/4波长或更短。在本实施例的一种变化中，二极管也可以并联方式连接到相应的电阻23。
本领域的技术人员认识到，关键的串联元件是二极管。在射频传输期间，开关24用于将线环连接到UREV，该电压使二极管反向偏置。如果所述串联元件在所有环境因素下(如温度)均能完全相同，则可以省略可选电阻。可选电阻确保将Urev平均地分配到二极管中，而不考虑它们各自的容差。电阻的电阻值选为低于反向偏置下典型二极管的电阻值，以便它们主要地确定二极管上的电压。反向偏置二极管具有极高的阻抗，有效地将长导线分成若干电子段，这些电子段太短而无法支持驻波的形成。也就是说，利用这种发明性概念可避免组织中由于沿线环25感应的高电流或过大的电场的发热。
成像设备未发送射频时，开关24由控制单元进行控制，将线环连接从Urev切换到Idc。电流IDC是处在相对于二极管的正向偏压方向，因此，它通过线环驱动以产生用于介入装置造影(定位)所需的电场不均一性。除导管外，另一种介入装置也可以用于此实施例，例如引导线、腹腔镜或活体组织穿刺针，不仅适用于本实施例及其它所述变化，而且适用于根据本文所述发明性概念而构造的任何装置。
成像设备未发送射频时，开关24可用于将线环25连接至电流源IDC。电流IDC是相对于二极管的正向偏压方向，因此，二极管的低“接通”电阻值可有效地重新连接导线段以恢复原来的线环。同样的IDC产生所需的电场不均一性来定位导管，这在’362专利中已有描述。应用正向偏压，使二极管的阻抗为低。电流因此流经线环。电流和线环可进行设计以产生如’362专利中所述的效果。
在所述介入装置末端的元件包含线圈，用于接收磁共振信号，该线圈通过形成射频传输线的所述长导体与磁共振接收器连接，以及其中在所述装置末端的所述元件还包含电容，所述电容与所述线圈串联的，以隔断到所述线圈的直流电流，否则该电流会干扰所述信号接收；以及直流旁路，所述直流旁路显示与所述传输线远端的所述射频频率相当的阻抗，以便将直流电流从所述第一导体传递到所述第二导体，而基本不降低所述线圈接收的射频信号的质量。
所述控制单元使直流电流提供给所述线环，以便在所述磁共振成像设备未发送射频信号的时间期间生成所述局部磁场。
所述线环至少包括一个二极管作为所述电路元件。
所述控制单元使直流电流提供给所述线环，以便在所述磁共振设备未发射射频信号的时间期间生成所述局部磁场。
读者应注意本文所述的实施例仅用于例示目的，绝对不用于限制本发明的范围和精神，本发明的范围和精神只受以下所附的权利要求书的限制。

Claims (17)

1.一种射频安全介入装置(17)，它包括至少一个长导体(20)，其长度大于或等于要成像的对象中产生的所应用射频场波长的一半，所述射频场由与所述射频安全介入装置配合使用的磁共振成像设备操作期间发送的射频信号能量所产生，其特征在于，所述装置被引入所述要成像的对象内，并抑制所述射频传输期间所述装置及所述对象周围产生的不适并危险的发热，所述射频安全介入装置还包括：
结合在所述至少一个长导体中具有可控阻抗的至少一个串联元件(18)，其中所述至少一个串联元件由控制信号控制，以便有效地将所述长导体细分为若干电气部分，所述电气部分远远小于在所述要成像的对象的组织中出现的所述磁共振成像设备所应用的射频波长的一半，其中避免了在所述至少一个长导体中的发热；
控制单元(16)，它通过产生所述控制信号而形成所述串联元件的低阻抗和高阻抗状态之一，其中所述控制单元由所述磁共振成像设备控制，从而使所述串联元件在射频传输期间在所述高阻抗状态下工作；以及
控制路径(21)，将所述控制单元连接到所述串联元件。
2.如权利要求1所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述控制路径包括电子、光学、气动、射频发送、感应、磁力和声波通信路径之一。
3.如权利要求1所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述至少一个长导体还包括其可通信的另一元件(19)。
4.如权利要求3所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述另一元件(19)包括以下之一：短路，以便将导线电连接在所述至少一个长导体的一端；至医疗成像系统的电偶合；以及至非成像医疗系统的电偶合。
5.如权利要求4所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述另一元件(19)包括与一磁共振成像系统连接的连接件。
6.如权利要求1所述的射频安全介入装置，其特征在于，两个长导体(20)组成一个线环(25)，其中所述每个串联元件(18)由二极管(D1-DN)和可选电阻(23)组成，其中所述控制单元(16)由电压电源Urev、电流电源IDC和具有两种操作状态的开关(24)组成。
7.如权利要求6所述的射频安全介入装置，其特征在于，第一种操作状态在射频传输期间，支持所述开关(24)将所述线环(25)连接到反向偏置所述二极管(D1-DN)的电压源Urev，以使这些二极管处在高阻抗状态，从而有效地断开所述线环(25)以避免发热，以及第二种操作状态在其它时间期间，支持所述开关(24)将所述线环(25)连接到正向偏置所述二极管(D1-DN)的电流源IDC，以使这些二极管处在低阻抗状态，从而有效地重新连接所述线环部分，并且由直流电流产生场的不均匀性以定位所述介入装置。
8.如权利要求1所述的射频安全介入装置，其特征在于：
所述控制单元(16)通过生成所述控制信号激活和停用所述串联元件；
在射频传输期间，所述控制单元利用反向偏压激活所述串联元件；以及
所述控制单元激活所述串联元件，从而利用经调整的电流Idc中的正向偏置，将所述导体细分为电气上短的导体，从而在非射频传输时间期间，所述电流可使所述射频安全介入装置的位置清楚地反映给所述磁共振成像设备的观察者。
9.如权利要求8所述的射频安全介入装置，其特征在于，在所述介入装置末端的元件包含线圈，用于接收磁共振信号，该线圈通过形成射频传输线的所述长导体与磁共振接收器连接，以及
其中在所述装置末端的所述元件还包含电容，所述电容与所述线圈串联，以隔断到所述线圈的直流电流，否则该电流会干扰所述信号接收；以及直流旁路，所述直流旁路显示与所述传输线远端的所述射频频率相当的阻抗，以便将直流电流从一个导体传递到另一个导体，而基本不降低所述线圈接收的射频信号的质量。
10.如权利要求1所述的射频安全介入装置，其特征在于，对所述装置的位置进行监控，所述长导体为一线环(25)，配置在所述装置中，用于传送直流电流以产生用于所述介入装置定位的局部磁场；该装置还包括：
电连接，用于将所述线环耦合到所述控制单元(16)，
其中，所述线环包括至少所述串联元件(18，D1-DN)，该至少一个串联元件将所述线环细分为若干电气部分，所述电气部分远远小于在所述要成像的对象的组织中出现的所述磁共振成像设备所应用的射频波长的一半，以及在所述磁共振成像设备产生射频信号时，通过在其中建立反向偏置而由所述控制单元将其设为高阻抗的状态，以便使所述线环中的发热减到最少，并因此使所述要成像的对象的不适降到最低，并且其中在所述控制单元使直流电流提供给所述线环的时间期间，所述线环生成所述定位信号。
11.如权利要求10所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述线环放置在所述介入装置的介入端。
12.如权利要求10所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述控制单元(16)使直流电流提供给所述线环(25)，以便在所述磁共振成像设备未发送射频信号的时间期间生成所述局部磁场。
13.如权利要求10所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述线环至少包括一个二极管(D1-DN)作为所述串联元件。
14.如权利要求10所述的射频安全介入装置，其特征在于，所述电连接包括同轴导体。
15.一种磁共振设备，用于通过引入的射频安全介入装置(17)为要成像的对象成像，以便了解所述射频安全介入装置的位置，它包括：
第一磁力系统(2)，用于在所述要成像的对象中产生静态磁场；
多个梯度线圈(3，4，5)，用于在所述要成像的对象中产生梯度磁场；
至少一个射频线圈(6)，用于将射频脉冲发送到所述要成像的对象并用于从该对象接收射频信号；以及，
控制单元(12)，用于控制所述梯度磁场和所述射频脉冲，以便产生磁共振成像信号；
其特征在于，所述引入的射频安全介入装置包括：
线环(25)，配置在所述装置中，用于传送直流电流以产生用于所述介入装置定位的局部磁场；
电连接件(24)，用于将所述线环耦合到另一控制单元(16)，
其中所述线环包括至少一个串联元件(18，D1-DN)，所述至少一个串联元件将所述线环细分为若干电气部分，所述电气部分远远小于在所述要成像的对象的组织中出现的所述磁共振成像设备所应用的射频波长的一半，在所述磁共振成像设备产生射频信号时，通过在其中建立反向偏置而由所述另一控制单元将其设为高阻抗状态，以使所述线环中的发热减到最少，并因此使所述要成像的对象的不适降到最低，并且其中在所述另一控制单元使直流电流提供给所述线环的时间期间，所述线环生成定位信号。
16.如权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，所述另一控制单元(16)使直流电流提供给所述线环(25)，以便在所述磁共振设备未发射射频信号的时间期间生成所述局部磁场。
17.如权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，所述线环(25)至少包括一个二极管(D1-DN)作为所述串联元件。
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