Mr主動跟蹤系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于磁共振成像(MRI)環境的醫療設備，尤其涉及用于跟蹤醫療設備內的線圈的位置的方法和設備。
【背景技術】
[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越的軟組織成像并避免病人暴露于X射線產生的電離輻射。MRI的優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，傳統使用X射線成像來引導的介入治療從MRI的軟組織成像能力中極大受益。此外，利用MRI導引消除了病人大面積暴露于與傳統X射線引導介入治療相關的電離輻射。
[0003]MRI利用三種場來顯示病人解剖的影像:大靜磁場，時變梯度磁場以及射頻(RF)電磁場。靜磁場和時變梯度磁場協同工作以與靜磁場建立質子對準并在病人體內建立空間相關質子自旋頻率(諧振頻率)。以諧振頻率施加的RF場干擾初始對準，使得當質子放松恢復初始對準時，可檢測并處理從放松事件發出的RF以創建圖像。
[0004]當醫療設備在外部或內部非常接近或接觸病人組織時，與MRI相關的三種場中的每種都會對病人產生安全隱患。一個重要的安全隱患是源于MRI掃描儀的RF場和醫療設備之間的交互的熱量(RF感應加熱)，特別是具有細長導電結構(例如，導管、外殼、導線、支架或管狀遞送系統中的傳輸線，ICD引線，起搏器引線，神經刺激器引線等等)的醫療設備。
[0005]多種MRI技術正發展成為用于引導介入治療的X射線成像的替代。例如，由于在介入治療期間醫療設備前進通過病人的身體，因此可跟蹤其進度，使得可以將該設備正確地遞送到靶位。一旦遞送到靶位，就可監控設備和病人組織以提高治療傳送。因此，根據醫療設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、室性心動過速消融、心房撲動消融、預激綜合癥消融、AV結消融、SVT消融等的消融手術。利用MRI跟蹤醫療設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和腎臟去神經消融治療，以及諸如子宮肌瘤和前列腺肥大消融的泌尿系統治療和諸如頭部神經刺激和深部腦刺激的神經性治療。因此，隨著介入性MRI領域的增長以及更多的患者在MR環境中被插入導管，對于MRI環境中的安全設備的需求將會增加。
[0006]MRI環境下與傳輸線相關的RF感應加熱安全隱患由RF場和細長導體之間的耦合產生。在這種情況下，存在幾種與加熱有關的情況。
[0007]—種情況存在于:細長導體中的RF感應電流可導致細長導體自身和/或連接到該細長導體的組件的歐姆加熱，所產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長導體中的RF感應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:細長導體中的RF電流耦合至與組織接觸的傳導結構。在此情況中，在細長導體上感應出的RF電流可以通過未與細長導體有直接電接觸的傳導結構而被遞送到組織中，導致組織中較高的電流強度以及相關聯的焦耳或歐姆組織加熱。同樣，當細長導體被連接至與組織相接觸的電路時，感應電流到組織的直接注入可以導致組織中較高的電流強度以及相關聯的焦耳或歐姆組織加熱。最后，細長導體上的RF感應電流可導致附近組織中RF能量的局部特定吸收增加，從而升高了組織的溫度。前述現象被稱為電介質加熱（dielectricheating)。即便不存在到組織的熱接觸或電接觸，電介質加熱也可能發生。
[0008]在MRI環境中使用的許多設備能夠從主動跟蹤實現于設備上或設備中的一個或多個“跟蹤線圈”的位置中獲益。然而，這些跟蹤系統需要使用諸如同軸線纜、雙絞線、三軸線纜等等的傳輸線。這些傳輸線作為細長導體會引入上文所述的隱患。
[0009]傳統地跟蹤MRI環境中的設備的位置，使用圖I中所示的跟蹤系統。跟蹤線圈經由線纜或電路板走線（trace)接收MR信號。然后，調諧電路將跟蹤線圈調諧到目標的MR頻率。匹配網絡將經調諧的跟蹤線圈與傳輸線進行電匹配。傳輸線將MR信號輸送出設備至跟蹤接收器。跟蹤接收器接收并處理MR信號以確定跟蹤線圈的位置。跟蹤接收器通常包括匹配網絡、低噪聲放大器（LNA)、下變頻器、模擬至數字轉換器和軟件來從所接收的信號的頻率內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的一般術語。然而，本領域的技術人員將認識到，它通常不是被跟蹤的設備的一部分。
[0010]近來，跟蹤系統已經發展到將一些上述組件從跟蹤接收器中移動至跟蹤線圈位置。這種修改消除了一些組件，這些組件包括匹配網絡和傳輸線，這會使得與傳輸線相關聯的損耗降低，信號中的噪聲降低，以及潛在地整個跟蹤系統的信號噪聲比的增加。針對本公開來說，我們將這樣的系統稱為“線圈處的IC(IC at Coil)”跟蹤系統，因為這些系統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，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傳送至跟蹤接收器的線纜仍然會導致先前所述的RF加熱問題。此外，當前的實現線圈處的IC跟蹤系統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、地和頻率基準信號（用于下變頻過程）。所有這些導體產生MR環境中的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（通常意味著估計來自所接收的MR信號的平均頻率），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系統的信號干擾的可能。這還將具有降低跟蹤線圈的復雜度的優點。
[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雜度的跟蹤系統。
【發明內容】
[0014]本發明解決了線圈處的IC跟蹤系統的上述需求，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行電傳導的線纜。
[0015]克服傳統傳輸線和信號線導體的加熱問題的跟蹤系統的新式配置在這里被描述。通過將某些組件集成到設備的跟蹤線圈處，引起加熱隱患的高頻率的傳輸線能夠被MR安全導體或光纖所替代。此外，本發明是一種在跟蹤線圈位置處執行附加信號處理（頻率估計、模數轉換等等）來減少需要在跟蹤接收器中進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與MR成像信號相干擾的可能性的新式配置。
[0016]根據本發明的跟蹤系統描述了在MR中將所接收的以及下變頻的MR信號安全地傳送至跟蹤接收器的多種裝置。
[0017]本發明包括在MR中安全地對這樣的設備提供電力的多種裝置。
[0018]本發明還包括提供或創建所需的用于下變頻的基準頻率的多種裝置。
[0019]本發明還包括在跟蹤線圈位置處執行主要頻率估計的多種裝置。
[0020]本發明還包括通過在跟蹤線圈位置處進行模數轉換或者直接頻率估計來消去下變頻的多種裝置。
[0021]本發明還包括多個跟蹤線圈，其中每個跟蹤線圈被耦合至相應的IC和通信線。
[0022]本發明還包括多個跟蹤線圈，其中的每一個跟蹤線圈利用單個通信線被耦合至單個ICo
[0023]本發明還包括多個跟蹤線圈，其中的每一個跟蹤線圈利用單個通信線被耦合至單個1C，其中IC包含在單個線上傳輸多個通信信號的諸如復用的方法。
[0024]在一個示意性實施例中，主動（active)跟蹤系統包括：至少一個主動跟蹤線圈；鄰近該主動跟蹤線圈的至少一個集成電路；跟蹤接收器；被配置用于將所接收的信號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或多個信號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轉換和頻率估計來減少需要在跟蹤接收器中進行的處理的數目，從而降低從跟蹤線圈位置傳遞到跟蹤接收器的信號與MR成像信號相干擾的可能性。
【附圖說明】
[0025]圖I示出了通過RF傳輸線耦合的傳統跟蹤線圈和跟蹤接收器。
[0026]圖2示出了根據本發明的MR主動跟蹤系統的一方面。
[0027]圖3示出了根據本發明的MR主動跟蹤系統的另一方面，其中頻率估計器電路被放置在線圈處的IC上。
[0028]圖4示出了根據本發明的MR主動跟蹤系統的另一方面，其中模擬至數字轉換器被放置在線圈處的IC上。
[0029]圖5A和5B示出了根據本發明的MR主動跟蹤系統的另一可選方面，其中在線圈處的IC處生成基準頻率信號。