具有協同式mri天線探頭的mri兼容通用傳遞插管的mri系統及相關系統和方法
2023-05-04 15:58:16
專利名稱：具有協同式mri天線探頭的mri兼容通用傳遞插管的mri系統及相關系統和方法
技術領域：
本發明涉及醫用導聯並且可能尤其適合用於MRI兼容醫療器械，如可植入式腦深部刺激(「DBS」)導聯和/或可植入式交感神經鏈刺激導聯。
背景技術：
腦深部刺激(DBS)正成為罹患各種病症(包括比如慢性疼痛、帕金森氏症、特發性震顫、肌張力障礙和其他健康狀況)的患者的神經外科治療中一種可接受的治療方式。利用交感神經鏈和/或脊髓的內部刺激等的其他電刺激療法也已經被實施或提出。
現有技術的DBS系統的一個實例是Medtronic公司的Activa系統。Activa系統包括被放置於患者胸腔內的可植入式脈衝發生器刺激器和具有軸向間隔分離的電極的導聯，所述導聯利用被設置進神經組織的電極來植入。導聯從腦部至胸腔穿過皮下，連接電極和脈衝發生器。這些導聯在遠端處可具有多個外露的電極，所述電極被連接到沿導聯長度延伸的導體並且連接到置於胸腔內的脈衝發生器。
一般說來，通常利用植入式導聯繫統，通過在目標頭部組織中傳遞所期望頻率和幅度的脈衝來實施電刺激。這些導聯繫統在遠端處具有外露的電極以此接觸目標頭部/神經組織。導聯繫統被連接到另外相反一端(近端)處的植入式脈衝發生器。通過立體定向外科手術過程將導聯繫統的遠端植入所期望的頭部解剖。在這個手術過程中，通常基於該手術過程之前採集的MRI、CT或PET圖像，使微型電極系統向前進入頭部組織。頭部解剖中導聯植入的目標位置可以通過利用微型電極系統測量特定解剖的電信號(EPG)標記來確定。通常這些手術過程較長並且存在有對實時成像引導的臨床需求。
雖然如上所述，但是仍然保留了對備選的MRI兼容醫用導聯配置的需求。
發明內容
本發明實施例提供了MRI兼容成像系統，所述系統包含MRI兼容插管和協同式微型電極系統，它們提供了內部MRI天線。某些實施例尤其適於識別用於植入刺激裝置的腦深部目標位置。所述系統可利用用於引導植入和/或介入手術過程的基本實時的MRI來進入頭部組織的各個不同部分。這些裝置可獲得MRI信號環境以此獲得局部環繞解剖的MRI圖像並且可用來檢測和/或測量頭部組織的電脈衝。
某些實施例針對體內腦深部醫用探頭系統，其包括(a)具有接受孔的MRI兼容插管，所述插管包含多個同心軸向伸展的管子；以及(b)具有導體(可能是中心導體)和絕緣層的伸長的天線構件，其被配置成可向前滑動穿過插管孔以此定義MRI接收天線。
其他實施例針對MRI兼容腦深部成像和記錄探頭系統，其包括(a)具有相對的近端和遠端部分的撓性伸長的內部構件主體，所述內部構件主體包含被設置於遠端部分的至少一個記錄電極，所述內部構件包含被設置在內部構件主體的芯的至少一個軸向伸展的導體和環繞該導體的軸向延伸的絕緣層，所述絕緣層用於該導體長度的至少主要部分；(b)具有相對於內部構件而增強的剛性的插管構件，所述插管構件被測定大小並被配置成可滑動接受撓性內部構件穿過此處，其中內部構件和插管配合以此定義MRI天線；(c)RF傳輸去耦電路，所述RF傳輸去耦電路與內部構件連通並且被配置成可在MRI RF激發傳輸期間使MRI天線去耦；以及(d)分離器電路，所述分離器電路與內部構件連通以此使記錄電路與MRI成像電路電絕緣。
其他實施例針對保健箱，其包括(a)具有相對的遠端和近端部分的伸長的無菌生物和MRI兼容的內部MRI天線探頭構件，所述探頭包含具有中心導體的芯和至少一個記錄電極，所述至少一個紀錄電極與遠端部分上的導體連通；以及(b)通常剛性的插管，所述插管包含至少兩個同心管狀構件，所述同心管狀構件被測定大小並被配置成可於此滑動接受伸長的MRI天線探頭。在操作中，MRI天線探頭導聯與插管配合以此定義內部MRI天線。
保健箱還可以包括可植入式撓性伸長的刺激探頭，所述探頭被測定大小並被配置成可滑動伸過軸向伸展的插管孔。
其他實施例針對MRI天線和記錄電極探頭系統，該系統包括(a)具有軸向伸展的孔的MRI兼容天線；(b)具有被探頭的遠端部分支持的至少一個記錄電極的伸長的撓性探頭；以及(c)伸長的MRI天線探頭。該探頭被配置成可滑動伸過插管孔，並且在操作中，插管和天線探頭配合以此定義至少一個腦深部MRI接收天線的若干部件。
其它實施例針對電腦程式產品，所述電腦程式產品用於操作具有MRI天線的多用途MRI兼容記錄探頭。電腦程式產品包括具有嵌入介質中的計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質。計算機可讀程序代碼包括可控地為具有至少一個記錄電極和MRI天線的MRI兼容記錄探頭佔用第一或第二操作模式的計算機可讀程序代碼。第一操作模式具有在MRI操作期間連接MRI天線和MRI掃描儀以及使電極去耦的第一傳輸路徑並且第二操作模式具有在電刺激或記錄期間連接電極和記錄源的第二傳輸路徑。
計算機可讀程序代碼可以被配置成將操作模式的選擇定時成在時間上緊接但在第一操作模式下通過MRI天線的MRI信號採集之後發生。計算機可讀程序代碼可以被配置成基本實時地獲得局部組織的縮微紀錄，在時間上緊接第一操作模式下通過MRI天線採集MRI信號。計算機可讀程序代碼可以被配置成可基本實時地獲得接近MRI天線的多個局部神經組織的MRI信號，接著獲得多個局部神經組織的縮微記錄以此允許臨床醫師利用MRI數據和音頻數據跟蹤探頭的放置。
在某些實施例中，插管被配置成，當MRI天線探頭被保持在插管內時，可配合MRI天線探頭來定義MRI接收天線。在特定實施例中，插管包含與MRI天線探頭配合的導電屏蔽層，以此定義MRI接收天線，從而在放進身體期間用來獲得用於MRI定位引導的MRI信號。在操作中，天線探頭可保留在適當的位置上並且引導刺激探頭進入位置或者從插管中被移去並且用刺激探頭來代替，所述刺激探頭接著被插入由天線探頭識別的相同的目標位置。
其他實施例針對MRI兼容腦深部成像和探頭系統。所述系統包括(a)具有相對的近端和遠端部分的可撓性伸長的內部構件，所述內部構件包含內部構件的芯中的至少一條光纖；(b)具有相對於內部構件而增強的剛性的插管構件，所述插管構件被測定大小並被配置成可滑動接受撓性內部構件穿過此處，其中內部構件和插管配合以此定義MRI天線；以及(c)RF傳輸去耦電路，所述RF傳輸去耦電路同內部構件連通，其中去耦器電路被配置成可在MRI RF激發傳輸期間使MRI天線去耦。
下面將進一步描述這些和其他的實施例。
圖1是按照本發明實施例的、具有插管和伸長的內部MRI天線探頭的MRI組件的示意性說明。
圖2是圖1所示組件的某些部件的分解示意圖。
圖3A是按照本發明實施例的、圖2所示裝置的剖面圖，其具有組裝在一起的三個部件。
圖3B是按照本發明實施例的、圖2所示裝置的備選剖面圖，其具有中空的芯。
圖4是按照本發明實施例的、具有無迴路天線配置的內部MRI天線的示意性說明。
圖5是按照本發明實施例的、匹配調諧去耦電路以及與MRI探頭組件操作相關的RF記錄電極分離器電路的示意性說明。
圖6是按照本發明MRI系統實施例的、用於腦深部手術過程的MRI探頭組件的示意性說明。
圖7A是按照本發明實施例的、具有被測定大小以此接受MRI天線探頭和刺激探頭的插管的MRI探頭組件的示意性說明。
圖7B是可提供圖7A所示的刺激天線探頭和MRI兼容插管的保健箱的示意性說明。
圖7C是按照本發明實施例的MRI天線組織成像和/或組織數據收集系統與NIR光學部件的組合的示意性說明。
圖8A-8D是按照本發明實施例的插管和具有接口連接器的成像天線組件的數字照片。
圖9是按照本發明實施例的數據處理系統的框圖。
圖10是調查研究期間在靈長類動物中的圖8A-8D所示裝置的數字圖像。
具體實施例方式
現在在下文中將參考其中示出了本發明實施例的附圖對本發明進行充分地描述。然而，本發明可以包含許多不同的形式並且不應當被解釋成是對這裡提出的實施例的限制；相反，提供這些實施例以使這個公開內容將是詳盡和完整的，並且將向本領域的技術人員充分傳達本發明的範圍。在整個附圖中相同的附圖標記指相同的元件。將會意識到，儘管是相對於某一天線實施例進行的討論，但是一個導聯繫統實施例的特徵或操作可應用於其他實施例。
在附圖中，除非另外說明，為了清楚起見可以誇大線、層、特徵、部件和/或區域並且虛線說明可選的特徵或操作。另外，除非另外特別指出，操作順序(或步驟)不限於權利要求書中呈現的順序。將會了解，當特徵(如層、區域或基底)被稱為「在另一個特徵或元件上」時，它可能是直接在另外的元件上或者也可能表現為介入元件之間。相反，當元件被稱為「直接在另一個特徵或元件上」時，則不存在介入元件之間。還將會了解，當特徵或元件被稱為「與另一個特徵或元件連接或耦合」時，它可能是直接連接到另外的元件或者也可能表現為介入元件之間。相反，當特徵或元件被稱為「與另一個特徵或元件直接連接或直接耦合」時，則不存在介入元件之間。儘管是相對於一個實施例進行描述或示出的，這樣描述或示出的特徵可應用於其他實施例。
除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員之一通常理解的相同的含義。還將會了解，除非在這裡特別這樣定義，這些術語(如在常用詞典中定義的那些術語)應當解釋為具有與它們在相關領域和該申請的上下文中的含義一致的含義並且不應當以理想或過分正式的意義來解釋。
本發明的探頭實施例可以配置成可成像、記錄和/或刺激身體或物體的任何期望的內部區域。物體可以是任何物體，並且可能特別適合於動物和/或人類對象。某些探頭實施例可以被測定大小並被配置用於腦深部詢問。某些探頭實施例可以被配置成可放置介入裝置進行治療(如刺激電極)從而刺激所期望的腦部區域和/或交感神經鏈。已知刺激治療和/或目標身體區域的實例在美國專利Nos.6,708,064、6,438,423、6,356,786、6,526,318、6,405,079、6,167,311、6,539,263、6,609,030和6,050,992中進行了描述，這些專利的全部內容通過引用而被結合在此。
圖1說明了按照本發明的、可定義內部MRI天線5I的MRI探頭組件5的第一實施例。如圖所示，組件5包含多個通常同心的構件，如圖所示的三個構件10、20、30。外部構件30和/或中間構件20可以是插管構件75(圖7A、7B)，其被配置成可保持在適當的位置並且利用從MRI天線獲得的數據引導刺激導聯100或其它治療裝置進入目標位置。可以使用附加的通常同心的構件(如第四最外構件)乃至更多構件。再次參見圖1，內部構件10可包括導電芯，其可能是空心或實心的。在某些實施例中，芯可以包含細長的軸向伸展的絕緣導聯線，所述絕緣導聯線沿著至少其主體的主要長度在其外部表面上是絕緣的。中間構件20可以與內部構件10絕緣並且可與內部構件10配合以此定義用於內部MRI天線5I的屏蔽。外部構件30可以連接到其中近端部分處的中間構件20並且還可能沿其長度是絕緣的。內部構件10可被配置成可滑過中間構件20和/或外部構件30的孔以此允許在手術過程期間於原處伸展到中間構件20和/或外部構件30的邊界之外。中間構件20可以被配置成可滑過外部構件30的孔或者中間構件可以被固定到外部構件30。構件10、20、30的每一個可包含增加尺寸的同心配置的管子(如鎳鈦合金)。外部構件30可以比內部和/或中間構件20、30更剛硬。
圖2說明了組件5的一個實施例的分解圖。如圖所示，內部構件10可具有比中間構件20或外部構件30的長度更長的第一長度。中間構件可具有比內部構件10短但是比外部構件30長的長度。在某些特定實施例中，中間構件20比內部構件10短大約1-3cm並且插管或外部構件30可能比中間構件短大約1-4cm。在某些實施例(如針對較深的放置)，內部構件10的總長度可以是大約10英寸至大約13英寸。構件10、20和30可以設置為不同的尺寸以此允許較深或較淺的放置。較淺的探頭放置可以使用的長度是較深部位構件長度的1/5至1/3。
圖3A說明了構件10、20、30可以被測定大小並被配置成可彼此貼身鄰接。在其他實施例中構件10、20、30可具有相對較小的徑向空隙空間。生物兼容的減摩塗層可用來在手術過程期間促使原位的調節(內部構件10的伸展和/或收回)。圖3A還說明了內部構件芯10c可以是實心的。圖3B說明了內部構件芯10c可以是打開的，從而在未移去內部構件10的情況下允許附加的介入探頭能夠被引導/插入其中。
圖4說明了在某些實施例中，組件5可以被配置成可定義無迴路MRI天線5I。內部構件10可包括利用用於改進導電性的導電材料或塗層和外部薄電介質層11鍍成的芯。電介質可結束以此暴露遠端或頂部。外部管層30可定義屏蔽。中間構件20可包括電介質層23，所述電介質層23可能是為改進的導電性而塗敷的。外部管30的遠端部分可以是捲曲的30c以此改進負載。如圖所示，組件5主體的的近端部分可連接到微型BNC連接器52。
圖1說明了同軸電纜40可電連接至內部構件10和中間構件20。內部構件10可併入其近端部分處的連接器50。同軸電纜40可連接到MRI掃描儀接口230並且連接器50可與記錄器連通(參見比如圖5)。
在某些實施例中，如圖1所示，內部構件10可包括位於其中遠端部分上的至少一個記錄電極15。針對神經方面的用途，腦部的不同區域提供具有強度、頻率和/或可以被感測或記錄並且是可識別的間距(通常為大約1-4微伏之間的讀數)的不同「標記信號」。
在這個實施例中，導電芯10c可連接到電極15並且內部構件10上的絕緣層可以被配置成可暴露電極15(即，絕緣層或材料可提供空隙或者可在電極位置處結束)。電極15可以是通常的圓柱形或者以任何期望的配置來配置。在這個實施例中，組件5可定義提供單電極記錄操作模式以及內部MRI天線接收模式的雙模態裝置(通常是電隔離的以使每個模式不會同時運行)。
一般說來，組件5可以被配置以使插管75的部件和微型電極系統15形成一個或多個內部MRI RF天線5I，所述內部MRI RF天線5I可以所關注的MRI頻率進行匹配和調諧。組件5可包括或者連通匹配/調諧和RF去耦電路124(圖5)以及分離器電路125(圖5)。匹配/調諧和RF去耦電路124被配置成可在RF激發期間使探頭去耦以便在激活RF傳輸期間禁止操作(在RF激發之後激活天線以此接收MRI信號)。分離器電路125可以配置成可電隔離探頭或者使MRI RF信號與微電子記錄(EPG)信號分離。分離器電路125可包括高通和/或低通濾波器。天線的附加部件可以利用比如在美國專利No.6,284,971中描述的RF扼流圈來實現，所述專利的全部內容通過引用而被結合在此。術語「RF扼流圈」指提供小於或等於λ/4(根據外部電磁波的透視圖)的電長度以此禁止RF感應電流或者AC(交流電，如透熱法應用)或RF輻射環境中駐波形成和/或傳播的屏蔽層配置。提供電波長的物理長度可以根據製造探頭使用的材料(如介電常數)和其中使用的磁場來變化。
在某些實施例中，典型的系統5可包含兩個分離的構件，即插管75和內部管狀構件10，其中一個可能是絕緣線，另外一個可以稱為MRI天線探頭10。插管75可包含兩個或多個同心管，每個都與另外一個絕緣並被布置成可形成MRI天線5I，即無迴路/半波振子天線(圖4)。如果使用兩個彼此絕緣的同心管，則內部管10形成無迴路天線的芯並且外部管形成屏蔽。在不止兩個管(如三個管)的情形中，管子可以被布置以使最裡面的管10形成芯、中間管20形成屏蔽/接地以及最外面的管30可以連接到近端處的中間管以此形成圖1所示的RF扼流圈。
內部構件10可以與插管75配合併且充當MRI天線5I(RF天線)，其在插管75中向前並且用來獲得環繞解剖的MRI圖像。其上的記錄電極15可用來獲得和/或測量來自顱內組織的微電子信號。MRI圖像數據和縮微記錄數據可為可植入式DBS導聯繫統提供目標頭部解剖的更精確識別。
如圖5所示，，屏蔽30c可以在遠端部分被捲曲以此減少總的負載長度。除了內部構件10的遠端頂點以及在某些實施例中的屏蔽11的遠端頂點之外，內部構件10的整個長度可以是與聚合物電介質絕緣的。這允許來自頭部組織的EPG或EEG信號的測量。如果EPG測量不是期望的特徵，則內部構件10的整個長度可能是絕緣的以此防止與生物流體接觸。如圖5所示，在內部構件10a的近端處，微型BNC連接器52有助於連接到匹配/調諧和去耦電路和/或RF-EPG信號分離器電路。
系統5可與圖6所示的MRI掃描儀一起使用。一旦MRI天線5I和/或微型電極系統被用來識別顱內位置以此植入導聯繫統，就可移去內部構件10(並且如果適當的話還有中間管20)並且如圖7A所示可以利用插管75引入(以及隨意地植入)導聯繫統或其他介入裝置。另一方面，導聯繫統或其他介入裝置可以利用內部構件10來定位於適當的位置，其中內部構件包含如圖3所示的中空的芯。
在某些實施例中，可以使內部構件10和插管75彼此協同工作，其中插管管子的功能可能取決於插管75中構件10的長度。在典型的手術過程中，插管75將在頭部解剖中向前，並且成像線圈將在插管中向前並進入組織中。當天線探頭構件10部分位於插管75的遠端外部時，探頭10充當無迴路天線5I的芯10c並且插管75充當無迴路天線的屏蔽。當天線探頭10在插管75外部達到所期望的長度時，插管75不再充當屏蔽而是充當內部構件10的RF扼流圈。這個機構可以被固定進內部構件10的手柄部分。
在其他實施例中，插管可以被配置成可定義電感器迴路天線配置、多電感器迴路配置、反向電磁鐵線圈等的全部或一部分。可以其他方式來配置內部成像天線探頭，比如但不限於電感器迴路線圈、正交迴路線圈等。
還要注意的是，如果捲曲屏蔽30c的遠端用來獲得或測量縮微記錄或EP信號的話，RF分離器電路125(圖5)可以在接地電路中實現。
在另一個實施例中，如上面所注意的，插管75系統5的同心管20、30不會永久地彼此連接並且能夠滑進另外一個。取決於它們的相對位置，若干部件實施不同的電學功能。例如，插管75可包括兩個同心管，在手術過程期間它們相對於彼此滑動並且根據需要或在適當時被移去。當內部管10伸出中間管20時，它可充當無迴路天線的芯。內部構件10還可包括一個或兩個或多個同心管(其可能是可滑動的)，所有這些管是彼此絕緣的，並且具有最裡面的電線。因此，在伸展或向前時，最裡面的電線形成無迴路天線的芯，並且外面的管可形成屏蔽和/或平衡-不平衡轉換器。同樣地，取決於內部線圈相對於插管管子的位置，插管相關的管可形成屏蔽或RF扼流圈平衡-不平衡轉換器。
插管75可以利用通常剛性的主體和/或具有相對於至少內部構件10而增強的剛性的主體來配置。插管75可以被配置成可滑動地接受內部構件10的至少遠端和中間部分和/或探頭主體100(圖7A)以此引導內部構件10進入位置。插管75和/或相關構件10、20、30可以是一次性和可置換的並且是作為保健箱中的無菌部件來提供的，或者它可以被重新作為標準部件來使用並且通過用戶/臨床來殺菌。插管75可以按照所期望的身體進入部位來配置，例如針對口腔進入，插管75可以製成牙墊、鼻腔或耳塞構件；而針對非神經用途(如脊柱中的部位)，可能不需要插管。
針對MRI兼容用途，插管75、構件10、20、30、MRI接口電纜和連接器40、50可包含非磁性MRI兼容材料。在某些實施例中，保健箱可包括可植入式脈衝發生器50以及可植入式刺激導聯100，所述可植入式刺激導聯100還可包含MRI兼容材料以此允許對象的放置後MRI詢問。如上所述，刺激導聯100可以被配置成被引導穿過相同插管75成為天線5I。在某些實施例中，在確定了所期望的位置之後移去天線芯10，接著刺激導聯或其他裝置被引導穿過天線75到達目標位置。在其他實施例中，如上面所注意的，芯保留在適當的位置並且介入裝置被引導穿過此處。
MRI天線5I被配置成可在MRI過程期間從局部組織內部採集MRI信號。在某些實施例中，天線5I具有介於大約1-5cm的焦距或信號接收長度，並且典型地被配置成可具有介於大約1-2.5cm的用來接收來自局部組織的MRI信號的觀察長度。MRI天線5I可以是如圖4所示的無迴路天線。然而，可使用其他天線配置，如鞭狀天線、環形天線和/或迴路天線。參見比如美國專利Nos.5,699,801、5,928,145、6,263,229、6,606,513、6,628,980、6,284,971、6,675,033和6,701,176，上述專利的全部內容通過引用而被結合在此。同樣參見美國專利申請公布Nos.US2003/0050557、US2004/0046557和2003/0028095，上述專利申請的全部內容同樣通過引用而被結合在此。天線可用來引導介入探頭的放置並且不必用來生成局部結構的圖像。
可以預計，天線5I的電極和/或刺激導聯100可以被測定大小並被配置成可適合所期望的內部目標，其可能是相對較小的區域，例如小於大約1-3mm。通常，如圖1所示，電極15可以被保持在探頭主體的遠端部分上。
一般說來，組件具有兩種主要的操作模式，所述的兩種操作模式具有利用分離器電路125(圖5)來進行電引導的不同電傳輸路徑。在操作中，在MRI過程期間，RF激發脈衝被傳輸至對象。MRI天線在RF傳輸期間被去耦，接著在接收循環期間被操作用來接收來自局部組織的信號。記錄電極15通常藉助於分離器電路125被絕緣以使只有MRI天線是激活的。MRI接口與MRI掃描儀連通。
在MRI期間，引導的臨床探頭植入可首先作為MRI天線5I用來提供目標內部解剖(如神經組織)的高解析度成像並且通過獲得MRI和因此被外部線圈和/或內部MRI天線採集的圖像定位電極15進入身體的位置。電極15還可用來藉助於採集或感測來自目標(神經)解剖的電信號來估計位置。
圖7A和7B說明了按照本發明實施例的雙探頭系統。在這個實施例中，MRI天線探頭120a和刺激探頭120b可以被測定大小並被配置成可逐個進入共同的插管75。天線探頭120a和/或刺激探頭120b可各自包括至少一個感測電極。每個探頭120a、120b可具有分度尺或坐標系統，其允許天線探頭120a用來獲得MRI成像數據，所述MRI成像數據用來定位目標體內的位置。插管75可包括MRI基準符號(圖中未示出)。基於由天線探頭120a所提供的數據和受控插入到由天線探頭120a定義的位置，天線探頭120a可接著按照相同的軌跡線自動向前到達同一位置，通常達到較高的精度。兩個探頭120a、120b可以被測定大小並被配置成可具有基本相同的截面面積。在某些實施例中，非導電彈性套筒(圖中未示出)、塗層或其他配置可用來測定探頭120a、120b的大小以此根據需要貼身安裝插管75。在其他實施例中，插入可用來調節插管75的大小以此與使用當中的探頭的尺寸相對應(圖中也未示出)。
圖7B說明了保健箱80可包含兩個探頭120a、120b並且可選地包含插管75。天線探頭120a可以被配置成可同MRI接口相連同時刺激探頭120b可以被配置成可連接到可植入式脈衝發生器，其中的每一個(連同各自的導聯)同樣可形成保健箱80的部分。
插管75可以被測定大小並被配置成通用傳遞系統插管75，其可滑動地逐個接受可選擇的不同伸長探頭，如上面討論的微型電極和刺激電極探頭。例如，通用系統插管75可以被配置成可選擇地接受不同的伸長構件，比如但不限於下列MRI兼容裝置中的至少兩個MRI天線探頭、光學探頭、深度探頭、EEG探頭以及藥物和/或流體傳遞和/或提取探頭(導管、分流等)。MRI天線探頭可以是與插管75配合的獨立MRI天線探頭或者可以和任何其他探頭功能進行組合。例如，探頭5可以被配置成在位於插管75內時可提供活檢針和MRI天線探頭的組合。針狀天線的實例在美國專利No.6,606,513中進行了描述，該專利的全部內容通過引用而被結合在此。
同樣地，插管75可具有ID(內徑)，其允許不同探頭被引導穿過其中，或者在插管75與較大探頭一起使用時可以將一個或多個管子(如三個管配置中的中間管20)移去。也就是，插管管子的一個或多個可以為某些探頭充當可移去的套管。在其他實施例中，插管75具有固定ID，並且不同探頭具有基本相似的OD(外徑)，或者不同探頭的一個或多個可使用套管來提供所期望的尺寸，所述套管允許利用相同的插管75將探頭可靠地引導進位置。可與通用插管75一起使用的不同可選擇的內部構件的OD可能介於大約0.5-3mm之間，並且在某些實施例中大約是1.5mm或更小，典型地為大約1.3mm或更小，以及更典型地為介於大約1.27-1.3mm之間。插管75的OD可能是大約2mm。構件10、20和30可以設置為不同的尺寸以允許較深或較淺的放置。較淺的探頭放置可以使用的長度是上述的較深放置構件的長度的1/5至1/3。
插管75和探頭構件可以被設置為不同的尺寸以允許較深或較淺的體內放置和/或供大約1.5T或大約3.0T MRI系統使用。對於腦部應用來說，較淺的探頭放置可使用至少是大約3cm的長度，典型地為大約3cm。較深的放置構件可以是至少大約7cm長，典型地介於大約7-8cm長。不同的法蘭西尺寸探頭和/或不同長度的探頭可產生不同的負載並且調諧可以因此被調節。天線探頭可以被遠程調諧以使基本上整個長度或其中選擇的部分是激活的。
在某些實施例中，如圖7C所示，內部構件10(或可選擇內部構件探頭的其中之一)可以被配置成NIR(近紅外成像)光學探頭220。參見Giller等人的validation of a near-infrared probe fro detectionof thin intracranial white matter structures，J.Neurosurg981299-1306(2003)和美國專利No.6,567,690，上述文章和專利的全部內容通過引用而被結合在此。在特定實施例中，如圖7C所示，內部構件10可以被配置成組合NIR光學探頭並且可提供MRI天線。例如，探頭220可包含伸長的光纖或光纖束220f，它們可以被鍍上(意味著光纖被封閉)所期望的MRI兼容導電材料，如金。包層或包裝層可在構件220的遠端處之前結束(從而暴露光纖的外部表面)。將包層光纖包裝放進插管75允許組合探頭220同插管75配合和/或獨立地定義MRI天線和NIR成像裝置。藉助於光纖220f，探頭220可以同光源222(典型地為寬帶光源)和分光計225(典型地為CCD陣列分光計)連通。基於局部組織特徵(即，比如反射率或其他所期望的光學特性)，分光計可提供組織數據225d，如波長與光子輸出的關係曲線。可以將光源222和/或分光計225放置到MRI組的內部或外部以此避免MRI幹涉和/或可以利用MRI兼容部件和材料來配置。如圖所示，系統可包括MRI接口230，所述MRI接口230藉助於(同軸)電纜221被電連接到探頭220。光纖220f可包含近端部分處的分離器220s，用來提供分離的光輸入和輸出路徑220i、220e。
正如圖1所示實施例所描述的，同軸電纜40可以和探頭220的包層以及中間插管構件20電連通。同樣地，MRI天線或探頭可以與RF去耦器電路124(圖5)連通。可選的光和MRI定時器240可用來促使共同區域的並發信號採集(紀錄)。NIR探頭功能允許向前觀察(典型地為探頭頂端前方大約1-1.5mm)而MRI天線可收集接近探頭遠端部分的組織的信號數據。
圖9是說明依照本發明實施例的系統、方法和電腦程式產品的數據處理系統的示範實施例的框圖。該數據處理系統可以藉助於可植入式脈衝發生器和/或MRI掃描儀接口併入數位訊號處理器和/或與其通信。經由地址/數據總線448，處理器410與存儲器414通信。處理器410可以是任何市場上可買到的或定製的微處理器。存儲器414表示存儲裝置的整個分級，其包含用來實現數據處理系統的功能的軟體和數據。存儲器414可包括但不限於下列類型的裝置高速緩衝存儲器、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、快閃記憶體、SRAM和DRAM。
如圖9所示，存儲器414可包括在數據處理系統中使用的軟體和數據的若干類別作業系統452、應用程式454、輸入/輸出(I/O)裝置驅動器458、MRI天線操作或電極操作模塊450和數據456。
正如本領域的技術人員將會意識到的，作業系統452可以是適合於供數據處理系統使用的任何作業系統，如OS/2、AIX、DOS、來自IBM公司的OS/390或System390、Armonk、NY、Windows CE、Windows NT、Windows95、Windows98、Windows2000或其它微軟公司的Windows版本、Redmond、WA、Unix或FreeBSD、來自Palm公司的Palm OS、來自蘋果計算機的Mac OS、LabView、或專有作業系統。I/O裝置驅動器458通常包括通過作業系統452由應用程式454來訪問以此與比如I/O數據埠、數據存儲456和某些存儲器414部件這樣的裝置進行通信的軟體例程。應用程式454表示實現數據處理系統的各種特徵的程序並且可包括至少一個應用程式，其支持按照本發明實施例的操作。最後，數據456表示被應用程式454、作業系統452、I/O裝置驅動器458以及可能駐留在存儲器414中的其它軟體程序使用的靜態和動態數據。
雖然本發明是比如參考圖9中作為應用程式的模塊450來進行說明的，但是將如本領域的技術人員所意識到的，還可使用其它配置同時仍然受益於本發明的教導。例如，模塊450還可被併入作業系統452、I/O裝置驅動器458或數據處理系統的其它這樣的邏輯分類。因此，本發明不應當被解釋為受限於圖9的配置，其打算包含能夠執行這裡所描述的操作的任何配置。另外，模塊450可與其它部件進行通信，如MRI掃描儀。
I/O數據埠可用來在數據處理系統或另一個計算機系統或網絡(如網際網路)之間傳遞信息或者將信息傳遞至由處理器控制的其他裝置。這些部件可以是常規部件，如那些在許多常規數據處理系統中使用的部件，其可以依照本發明被配置成可按照這裡所描述的進行操作。
計算機可讀程序代碼可包括可控地為具有至少一個電極和MRI天線的MRI兼容天線和紀錄探頭佔用第一或第二操作模式的計算機可讀程序代碼。第一操作模式具有在MRI操作期間連接MRI天線和MRI掃描儀以及使電極去耦的第一傳輸路徑並且第二操作模式具有在電記錄期間連接電極和記錄源的第二傳輸路徑。
計算機可讀程序代碼可以被配置成可記錄選擇操作模式的時間以此使發生時間緊接在第一操作模式下MRI信號採集之後。計算機可讀程序代碼可以被配置成可操作第二模式以此在基本實時地接近第一操作模式下通過MRI天線採集MRI信號的時間內獲得局部組織的縮微紀錄。計算機可讀程序代碼可以被配置成可基本實時地獲得接近MRI天線的多個局部神經組織的MRI信號，接著獲得多個局部神經組織的縮微記錄以此允許臨床醫師利用MRI數據和音頻數據跟蹤探頭的放置。
某些圖形的流程圖和框圖在這裡說明了本發明可能的實際應用的結構、功能和操作。在這一點上，流程圖或框圖上的每一塊表示代碼的一個模塊、片段或部分，其包含了一個或多個用於實現特定邏輯功能的可執行指令。還應當注意到，在某些備選的實際應用中，在塊中紀錄的功能可以脫離圖中紀錄的順序發生。例如，根據所涉及的功能，實際上可以基本上同時執行連續示出的兩個塊或者有時可以相反的順序執行若干塊。
在下面的非限制性實例中將進一步解釋本發明。
實例1圖8A-8D說明了具有MRI天線5I的插管75的原型配置，所述MRI天線由內部構件10和用來獲得圖10所示的靈長類動物的圖像的插管75形成。MRI兼容插管和微型電子配置在體內與Siemens Allegra2.9T掃描儀一起使用。2mm外徑插管包括三個同心絕緣管，所述三個同心絕緣管由鎳鈦合金製成並被配置成可定義無迴路RF天線。最裡面的管(1.5mm內徑)形成無迴路天線的芯並且提供管道以此使附加的MRI天線/微型電極部件向前。中間管形成天線的屏蔽，最外面的管在近端處被連接到中間管以此形成RF扼流圈。插管的內徑和外部表面被塗以較薄的聚氨酯絕緣層並且組件的整個插管部分通過0.001英寸的聚醯亞胺管而被絕緣。
微型電極無迴路天線構件由鎳鈦合金管制成，其中鎳鈦合金管內部絕緣的鍍金電線形成了天線的芯。天線的偶極端部分大約為1.5cm並且在最外端部分有大約1mm不是絕緣的以此允許EEG測量。天線的屏蔽在遠端處是捲曲的以此將整個負載長度減少到大約3cm。構件通過500微米的聚酯層而被絕緣(如上所述，除了構件的遠端頂點之外以此允許EEG測量)。插管和微型電極天線構件被匹配並被調諧至大約123.2MHz並且在MRI激發期間通過與Ocali等人Intravascular magnetic resonanceimaging using a loopless catheter antenna，Magn Reson Med，1997；37pp.112-118中描述的類似的去耦電路/開關從拾波中去耦。
插管和天線/微型電極構件的MRI測試在Siemens Allegra2.9T掃描儀上實施。RF功率沉積安全測試在導電係數為0.9S/m的聚丙烯醯胺凝膠人體模型上進行。標稱4W/kg SAR(頭)MRI序列被應用了3.4分鐘。插管和微型電極/天線構件被放置到距人體模型的邊緣大約1cm處並且局部溫度直接利用FISO光纖溫度探頭來測量。實際的SAR根據初始溫度上升的速率和凝膠的比熱來計算。微型電極/天線和插管系統的MRI信噪比(SNR)在鹽水人體模型中進行測試，其中插入深度是可變的(3cm和10cm)以此刺激某些臨床病症。
在適當的動物管理和使用委員會核准的協議下，將插管和微型電極/天線系統用於MRI引導的腦部(腦深部)(如STN(丘腦下神經))進入的可行性在靈長類動物中被測試。外科手術前的MRI和CT圖像被獲得以此定位頭安裝並且確定用於微型電極前進的軌跡線。動物被麻醉、準備鑽孔、頭安裝組件被固定到頭骨上並且在實時MRI引導下插管/天線系統向前到達STN的位置。為了增強SNR和視場，利用相控陣列適配器來組合從掃描儀的外部頭圈和內部天線探頭獲得的圖像。
插管/無迴路天線和同軸電纜具有大約25ohms的阻抗。當天線/插管被裝入鹽水人體模型中多達大約4cm時，在靈長類動物和二次屏蔽之間產生的RF扼流圈具有大約550ohms的絕緣層。微型電極/天線構件的同軸電纜具有大約32ohms的阻抗。天線的SNR輪廓證實了在天線/微型電極構件的遠端部分周圍大約5mm半徑的環狀區域內外部頭圈上大約有50％的改進。在靈長類動物研究中，來自掃描儀的頭圈的信號描述了整個頭部解剖，同時在該線圈向前進入STN時由協同的MRI兼容插管和微型電極/天線構件提供的局部SNR增強被示出在圖10中。
實驗證明適合於顱內介入的協同MRI兼容插管和微型電極/天線構件可以被製造並且提供了基本的局部SNR改進。局部SNR改進可為精確解剖引導/放置提供了增強的局部空間記錄。
在附圖和說明中，已經存在有本發明的公開實施例，並且儘管使用了特定項，它們僅僅在一般及描述的意義上被使用並且沒有限制的目的，本發明的範圍在下面的權利要求書中被提出。因此，前面的描述是對本發明的說明並且不應當被解釋為是對其中的限制。儘管已經描述了本發明的若干示範實施例，本領域的技術人員將會很容易地意識到，在沒有實質上偏離本發明新穎的教導和優點的情況下，示範實施例中的許多修改是可能的。因此，正如權利要求書中定義的那樣，所有這種修改打算被包括在本發明的範圍內。在權利要求書中，在使用的地方，在實施引用功能時，手段加功能條款打算覆蓋這裡所描述的結構，不僅包括結構化的等同物而且包括等效的結構。因此，將會了解，前面的描述是對本發明的描述並且不應當被解釋為是對所公開的特定實施例的限制，並且對公開的實施例以及其他實施例的修改打算包括在所附權利要求書的範圍內。本發明由下面的權利要求書來界定，權利要求的等同物將包括在其中。
權利要求
1.一種體內腦深部醫用探頭系統，包含MRI兼容插管，其具有接受孔並包含多個同心軸向伸展的管子；以及伸長的天線構件，其具有包含導體和絕緣層的芯，被配置成可向前滑動穿過插管孔以此同所述插管配合從而定義MRI接收天線。
2.如權利要求1所述的探頭系統，其中所述伸長的天線構件包含中心導體和被設置於其中的遠端部分上的至少一個記錄電極。
3.如權利要求2所述的探頭系統，其中所述探頭系統具有至少兩種操作模式，包括其中所述天線構件接收來自局部組織的MRI信號的第一MRI信號操作模式以及其中所述記錄電極獲得來自局部目標組織的電信號的第二操作記錄信號模式。
4.如權利要求3所述的探頭系統，還包含RF去耦電路和記錄分離器電路，所述RF去耦電路被配置成可在MRI激發RF傳輸期間使所述MRI接收天線絕緣，所述記錄分離器電路使得所述MRI接收天線在所述記錄模式期間去耦。
5.如權利要求1所述的探頭系統，還包含MRI兼容介入探頭構件，所述MRI兼容介入探頭構件被配置成可滑動伸過所述MRI兼容插管。
6.如權利要求2所述的探頭系統，其中所述天線構件與所述插管電配合以此定義無迴路MRI天線。
7.如權利要求1所述的探頭系統，其中所述插管包含中間管狀構件和通常包圍所述中間構件的至少主要長度的外部構件。
8.如權利要求7所述的探頭系統，其中所述天線構件具有第一長度，所述中間構件具有第二長度，並且所述外部構件具有第三長度，所述第一長度比所述第二和第三長度更長，並且所述第二長度比所述第三長度更長。
9.如權利要求1所述的探頭系統，在所述天線構件被由此移去之後，組合被測定大小並被配置成可滑動伸過所述插管的孔的可植入式刺激導聯。
10.如權利要求1所述的探頭系統，其中所述天線構件包含中空的芯並且被配置成可滑動接受選擇的介入裝置穿過其中。
11.一種MRI兼容腦深部引導和記錄探頭系統，包含可撓性伸長的內部構件主體，其具有相對的近端和遠端部分，所述內部構件主體包含被設置於所述遠端部分的至少一個記錄電極，所述內部構件包含被設置在所述內部構件主體芯內的至少一個軸向伸展的導體和軸向延伸的絕緣層，所述絕緣層具有延續到所述導體長度的至少主要部分的長度；插管構件，具有相對於所述內部構件而增強的剛性並被測定大小以及被配置成可滑動接受所述撓性內部構件穿過此處，其中所述內部構件和插管配合以此定義MRI天線；RF傳輸去耦電路，其與所述內部構件連通，其中所述去耦器電路被配置成可在MRI RF激發傳輸期間使所述MRI天線去耦；以及分離器電路，其與所述內部構件連通以此使記錄電路與MRI成像電路電絕緣。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述系統被配置成可附著於MRI掃描儀和記錄電路，用於選擇性操作所述記錄電極或所述MRI天線。
13.如權利要求11所述的系統，其中所述去耦器電路包含匹配和調諧去耦電路，所述匹配和調諧去耦電路佔用MRI掃描儀並且在RF傳輸期間使所述天線去耦。
14.如權利要求11所述的系統，其中所述系統具有與第一和第二操作模式相關聯的選擇性操作的第一和第二電傳輸路徑，所述第一傳輸路徑連接所述MRI天線和MRI掃描儀並且在MRI操作期間使所述電極去耦，以及所述第二傳輸路徑在電記錄期間連接所述電極和記錄源。
15.如權利要求11所述的系統，其中所述伸長的構件具有中空的芯。
16.如權利要求11所述的系統，其中所述伸長的構件具有通常的實心，並且其中所述導體基本上被保持在芯的中心。
17.一種保健箱，包含(a)伸長的無菌生物和MRI兼容的內部MRI天線探頭構件，其具有相對的遠端和近端部分，所述探頭包含具有導體的芯；以及(b)通常剛性的插管，其包含至少兩個通常同心的管狀構件，所述同心管狀構件被測定大小並被配置成可於此滑動接受所述伸長的MRI天線探頭，其中，在操作中，所述MRI天線探頭導聯與所述插管配合以此定義內部MRI天線。
18.如權利要求17所述的保健箱，其中所述天線探頭構建包含至少一個記錄電極，所述至少一個記錄電極與所述探頭的所述遠端部分上駐留的所述導體連通。
19.如權利要求18所述的保健箱，其中所述導體基本上駐留在所述內部構件的芯的中心。
20.如權利要求17所述的保健箱，其中所述天線構件的芯是中空的。
21.如權利要求17所述的保健箱，還包含可植入式撓性伸長的刺激探頭，所述刺激探頭被測定大小並被配置成可滑動伸過軸向伸展的所述插管的孔。
22.一種電腦程式產品，用於操作多用途MRI兼容記錄探頭和MRI天線，所述電腦程式產品包含計算機可讀的存儲介質，其具有嵌入所述介質中的計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀的程序代碼包含可控地為具有至少一個記錄電極和MRI天線的MRI兼容記錄探頭佔用第一或第二操作模式的計算機可讀的程序代碼，所述第一操作模式具有連接所述MRI天線和MRI掃描儀的第一傳輸路徑並且所述第二操作模式具有在電刺激或記錄期間連接所述電極和記錄源的第二傳輸路徑。
23.如權利要求22所述的電腦程式產品，其中所述計算機可讀的程序代碼被配置成將所述第一操作模式的選擇定時成在時間上緊接但在MRI激發信號之後發生。
24.如權利要求22所述的電腦程式產品，還包含計算機可讀的程序代碼，其被配置成可基本實時地獲得接近所述MRI天線的多個局部神經組織的MRI信號、接著獲得多個所述局部神經組織的縮微記錄，以此允許臨床醫師跟蹤所述探頭的放置。
25.一種MRI天線和記錄電極探頭系統，包含MRI兼容天線，其具有軸向伸展的孔；伸長的撓性天線探頭，其具有被所述探頭的遠端部分支持的至少一個記錄電極；其中所述探頭被配置成可滑動伸過插管孔，並且其中在操作中，所述插管和天線探頭電配合以此定義至少一個腦深部MRI接收天線的若干部件。
26.如權利要求25所述的MRI天線探頭系統，其中所述插管被配置成可被插入位於患者頭顱上的鑽孔，並且其中所述記錄探頭和MRI天線探頭被配置成用於腦深部的放置。
27.如權利要求25所述的MRI天線探頭系統，其中所述MRI天線探頭和所述插管定義了多個通常同心的管狀構件，所述同心的管狀構件被配置成可定義被設置於內部導電芯上的軸向伸展的屏蔽，其中所述屏蔽和芯彼此是絕緣的。
28.如權利要求25所述的MRI天線探頭系統，其中所述插管包含與所述MRI天線探頭配合的導電屏蔽層以定義MRI接收天線，所述MRI接收天線被配置成可獲得用於MRI定位引導的MRI信號，並且其中在操作中，所述天線探頭從所述插管中被移去並且用刺激探頭來代替，所述刺激探頭接著被插入與所述天線探頭相同的位置。
29.一種MRI兼容腦深部探頭系統，包含可撓性伸長的內部構件，其具有相對的近端和遠端部分，所述內部構件包含內部構件芯中的至少一條光纖；插管構件，其具有相對於所述內部構件而增強的剛性，所述插管構件被測定大小並被配置成可滑動接受所述撓性內部構件穿過此處，其中所述內部構件和所述插管配合以此定義MRI天線；以及RF傳輸去耦電路，其與所述內部構件連通，其中所述去耦器電路被配置成可在MRI RF激發傳輸期間使所述MRI天線去耦。
30.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述芯被封裝進MRI兼容導電材料中。
31.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述光纖定義了所述芯，並且其中所述光纖被塗以MRI兼容導電材料。
32.如權利要求29所述的MRI兼容系統，還包含被設置在所述內部構件近端的光纖分離器，所述光纖分離器將所述光纖芯分成兩個光路，其中輸入路徑適於連接輸入光源並且輸出路徑適於連接分光計。
33.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述伸長的內部構件與所述插管配合併且提供了MRI接收天線和NIR成像構件。
34.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述芯通常為實心的。
35.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述芯通常為中空的。
36.如權利要求29所述的MRI兼容系統，其中所述插管包含多個通常同心的管狀構件。
37.如權利要求36所述的MRI兼容系統，其中所述多個通常同心的管狀構件被配置成可彼此貼身鄰接。
全文摘要
體內腦深部醫用探頭系統包括(a)MRI兼容插管，其具有接受孔並包含多個同心軸向伸展的管子；以及(b)伸長的天線構件，其具有導體和絕緣層並被配置成可向前滑動穿過插管孔以此定義MRI接收天線。
文檔編號A61B5/05GK101031237SQ200580032451
公開日2007年9月5日 申請日期2005年7月26日 優先權日2004年7月27日
發明者P·V·卡馬卡 申請人:外科視象公司