BE1023908B1 - GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS - Google Patents
GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS Download PDFInfo
- Publication number
- BE1023908B1 BE1023908B1 BE2015/0278A BE201500278A BE1023908B1 BE 1023908 B1 BE1023908 B1 BE 1023908B1 BE 2015/0278 A BE2015/0278 A BE 2015/0278A BE 201500278 A BE201500278 A BE 201500278A BE 1023908 B1 BE1023908 B1 BE 1023908B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- conductor
- segments
- core wire
- sheath
- time
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/04—Electrodes
- A61N1/0404—Electrodes for external use
- A61N1/0472—Structure-related aspects
- A61N1/0488—Details about the lead
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/375—Constructional arrangements, e.g. casings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/08—Arrangements or circuits for monitoring, protecting, controlling or indicating
- A61N1/086—Magnetic resonance imaging [MRI] compatible leads
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Neurology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Mijn uitvinding is een nieuwsoortige implanteerbare bio-compatibele geleider (electrode), o.a. voor pacemakers en neurostimulatoren. De geleider heeft dezelfde wenselijke mechanische sterkte en bijna een even lage weerstand tegen gelijkstroom als de beste bestaande, en is even eenvoudig produceerbaar, maar warmt amper op in een actieve typische magnetische resonantie scanner (MRI). Dit voorkomt weefsel beschadiging bij de patiënt tijdens een MRI scan. De electrode bestaat uit een geleidend omhulsel, met daarin afwisselende geleidende kernen uit 2 verschillende materialen. Deze 3 componenten worden intiem verbonden door koudtrekken. De juiste keuze van de materialen en de lengte van de 2 afwisselende kernen, leidt tot de gewenste eigenschappen, zonder schadelijke opwarming door inductie van electrische stroom, door de in de tijd variërende magnetische velden in een typische MRI scanner.My invention is a new type of implantable biocompatible conductor (electrode), for example for pacemakers and neurostimulators. The conductor has the same desirable mechanical strength and almost as low resistance to direct current as the best available, and is just as easy to manufacture, but hardly warms up in an active typical magnetic resonance scanner (MRI). This prevents tissue damage to the patient during an MRI scan. The electrode consists of a conductive sheath, containing alternating conductive cores made of 2 different materials. These 3 components are intimately connected by cold drawing. The correct choice of materials and the length of the 2 alternating cores leads to the desired properties, without harmful heating due to the induction of electric current, due to the time-varying magnetic fields in a typical MRI scanner.
Description
Titel van de uitvinding : Geleider voor medische hulpmiddelen met reflector voor electrische stroom geïnduceerd door tijdsvariante magnetische velden.Title of the invention: Conductor for medical devices with reflector for electric current induced by time-varying magnetic fields.
Deze uitvinding heeft betrekking opeen geleider voor medische hulpmiddelen met reflector voor electrische stroom, zoals beschreven in de aan hef van de eerste conclusie.This invention relates to a medical device conductor with electric current reflector as described in the preamble of the first claim.
Implanteerbare medische apparaten zoals pacemakers en neurostimulatoren gebruiken electrische geleiders om een electrische puls te leveren aan menselijk weefsel.Implantable medical devices such as pacemakers and neurostimulators use electrical conductors to deliver an electrical pulse to human tissue.
Wanneer patiënten een magnetische resonantie (MR) scan ondergaan, dan vormen dergelijke implanteerbare apparaten een gevaar voor weefselbeschadiging door de opwarming van die electrische geleiders, als gevolg van de stroom inductie veroorzaakt door het uitgezonden radiofrekwente (RF) magnetische veld van de MR-scanner.When patients undergo a magnetic resonance (MR) scan, such implantable devices pose a risk of tissue damage due to the heating of those electrical conductors, due to the current induction caused by the radiofrequency (RF) magnetic field emitted from the MR scanner.
Weefselschade veroorzaakt door verhitting van implantaat onderdelen kan ernstig en permanent zijn. Dit is waarom fabrikanten veel aandacht dienen te besteden aan het juiste ontwerp van medische hulpmiddelen voor veilige postoperatieve MR beeldvorming.Tissue damage caused by heating of implant parts can be severe and permanent. This is why manufacturers should pay close attention to the correct design of medical devices for safe postoperative MR imaging.
Talloze oplossingen zijn getest en commercieel verkrijgbaar voor het verminderen of vermijden van weefselbeschadiging veroorzaakt door MR-scanners. Voorbeelden zijn : RF filterelementen, RF schilden, RF "verslikkers" (chokes), resonantievallen en coatings. Al deze zijn gericht op het milderen van de opwarming van de geleiders.Numerous solutions have been tested and commercially available for reducing or avoiding tissue damage caused by MR scanners. Examples are: RF filter elements, RF shields, RF "chokes" (chokes), resonance traps and coatings. All of these are aimed at mitigating the warming of the conductors.
De hieronder beschreven uitvinding creëert een kosten-effectieve oplossing die de nefaste opwarming van geleiders vermijdt, zonder te moeten in boeten op de mechanische en electrische kwaliteiten van de electrische geleider.The invention described below creates a cost-effective solution that avoids the detrimental heating of conductors, without having to sacrifice the mechanical and electrical qualities of the electrical conductor.
Deze uitvinding stelt het inbouwen van reflectoren in de geleider voor. Deze reflectoren worden op strategische posities in de geleider geplaatst en voorkomen de resonantie van staande golven, zijnde de oorzaak van de ongewenste opwarming.Geleiders voor medische implanteerbare hulpmiddelen zoals beschreven in de aanhef van de eerste conclusie zijn onder meer bekend uit US2015/057730. US2015/057730 beschrijft implanteerbare medische geleiders en systemen die gebruik maken van reflectiepunten binnen het geleidend lichaam voor het sturen van de radiofrequente stroom die op één of meer draden wordt gegeneerd. De hoogfrequente stroom kan geregeld worden door de reflectiepunten, met als doel ten minste een deel van de radiofrequentiestroom te blokkeren, zodanig dat deze een elektrode van de leiding niet kan bereiken en om mogelijk te maken dat ten minste een deel van de hoogfrequente stroom als warmte op de draad gedissipeerd wordt. Het regelen van de radiofrequentiestroom vermindert daardoor de hoeveelheid die in lichaamsweefsel wordt gedissipeerd door één of meer elektroden van de geleider en vermindert de kans op weefselbeschadiging. De reflectiepunten kunnen gevormd worden door fysische veranderingen zoals verandering van materiaal of grootte van de draad en/of isolerende lagen die aanwezig kunnen zijn zoals een binnenmantel rondom de draad en een buitenmantel gevormd door het lichaam van de geleider. De in US2015/057730 beschreven geleider vertoont echter het nadeel dat de impedantie bij doorgang van gelijkstroom (DC) of signalen met een lage frequentie te hoog blijft. De in US2015/057730 beschreven geleider vertoont het bijkomend nadeel dat een compacte bundeling en het vervaardigen van een geleider met nagenoeg constante diameter niet bereikt kan worden, door de aanwezigheid van de verdikkingen op de geleider. US2009/149920 beschrijft een implanteerbare medische inrichting voor gebruik in een MRI-omgeving. De medische inrichting omvat: een leiding omvattende een inwendige elektrische geleider die gekoppeld is aan een elektrode en ten minste één buitenste weerstand, die zich radiaal over de binnenste elektrische geleider langs ten minste een deel een lengte van de geleider uitstrekt. De binnenste elektrische geleider heeft een eerste weerstand. De weerstand van de ten minste één buitenste weerstand is groter is dan de eerste weerstand. De buitenste weerstand is ingericht om door een MRI inrichting ontvangen RF elektromagnetische energie langs de lengte van de geleider te dissiperen. De electrode is echter moeilijk te produceren, zeker indien bio compatibiliteit beoogd wordt, en haar mechanische sterkte is onvoldoende.This invention proposes the installation of reflectors in the conductor. These reflectors are placed at strategic positions in the conductor and prevent the resonance of standing waves, which is the cause of the undesired heating. Conductors for implantable medical devices as described in the preamble of the first claim are known from, inter alia, US2015 / 057730. US2015 / 057730 describes implantable medical conductors and systems that use reflective points within the conductive body to control the radio frequency current generated on one or more wires. The high-frequency current can be controlled by blocking the reflection points for the purpose of blocking at least a part of the radio frequency current such that it cannot reach an electrode of the line and to allow at least a part of the high-frequency current to be heat is dissipated on the wire. Regulating the radio frequency current thereby reduces the amount dissipated in body tissue by one or more electrodes of the conductor and reduces the risk of tissue damage. The reflection points may be formed by physical changes such as change of material or size of the wire and / or insulating layers that may be present such as an inner sheath around the wire and an outer sheath formed by the body of the conductor. However, the conductor described in US2015 / 057730 has the disadvantage that the impedance at the passage of direct current (DC) or signals with a low frequency remains too high. The conductor described in US2015 / 057730 has the additional disadvantage that a compact bundling and the manufacture of a conductor with a substantially constant diameter cannot be achieved due to the presence of the thickenings on the conductor. US2009 / 149920 describes an implantable medical device for use in an MRI environment. The medical device comprises: a lead comprising an internal electrical conductor coupled to an electrode and at least one outer resistor extending radially over the inner electrical conductor along at least a portion of a length of the conductor. The inner electrical conductor has a first resistor. The resistance of the at least one outer resistance is greater than the first resistance. The outer resistor is adapted to dissipate RF electromagnetic energy received by an MRI device along the length of the conductor. However, the electrode is difficult to produce, certainly if biocompatibility is intended, and its mechanical strength is insufficient.
Uit US2005222659 is een geleider bekend die bedoeld is om in het lichaam van een patiënt te worden geïmplanteerd. De geleider omvat een lichaam en een geleidende vulling die zich in het lichaam van de geleider bevindt en die een distaai uiteinde heeft. Een elektrode is elektrisch verbonden met het lichaam van de geleider en bevat een stimulatie gedeelte, een spoel en ten minste een om de spoel gewikkelde draadspoel en elektrisch gekoppeld tussen het stimulatie gedeelte en het distale einddeel, zodat tussen het distale einddeel en het stimuleren gedeelte een spoel gevormd wordt. Electrische koppeling kan onder meer verkregen worden door lassen, spot lassen, laserlassen en dergelijke. De electrode is echter moeilijk te produceren, zeker indien bio compatibiliteit beoogd wordt, en haar mechanische sterkte is onvoldoende.US2005222659 discloses a conductor intended to be implanted in the body of a patient. The conductor comprises a body and a conductive filling which is located in the body of the conductor and which has a distal end. An electrode is electrically connected to the conductor body and includes a stimulation portion, a coil, and at least one coil of wire wound around the coil and electrically coupled between the stimulation portion and the distal end portion, so that between the distal end portion and the stimulation portion coil is formed. Electric coupling can be obtained by welding, spot welding, laser welding and the like. However, the electrode is difficult to produce, certainly if biocompatibility is intended, and its mechanical strength is insufficient.
Beschrijving van de uitvindingDescription of the invention
De wet verplicht fabrikanten van implanteerbare medische apparatuur de veiligheid van deze apparatuur te garanderen bij post-operatieve magnetische resonantie (MR) beeldvorming conform de norm ISOTS 10974 (1).The law requires manufacturers of implantable medical equipment to guarantee the safety of this equipment in the case of post-operative magnetic resonance (MR) imaging in accordance with the ISOTS 10974 (1) standard.
Een combinatie van veiligheid- en risico evaluaties is daarbij vereist. Eén van de mogelijke risico's is weefselschade door het opwarmen van metalen componenten. Deze evaluatie is beschreven in de norm ASTM F2182-11a (2).A combination of safety and risk assessments is required. One of the possible risks is tissue damage due to the heating of metal components. This evaluation is described in the ASTM F2182-11a (2) standard.
Bij deze evaluatie meet men de temperatuurstoenames van het implantaat wanneer de MR scanner is aangeschakeld.This evaluation measures the temperature increases of the implant when the MR scanner is switched on.
Deze metingen dienen uitgevoerd te worden in een slechtst mogelijk scenario. De toegelaten temperatuurstoename bedraagt 2° C bij volle intensiteit van het RF magnetisch veld.These measurements must be performed in a worst-case scenario. The permissible temperature increase is 2 ° C at full intensity of the RF magnetic field.
De meest gebruikte MR scanners (dit is 90%) zijn uitgerust met permanente magneten met een veldkracht van 1,5 of 3 Tesla. Magnetische resonantie beeldvorming vereist een geïnduceerd radio frequent (RF) magnetisch veld bovenop het statisch magnetisch veld. De frekwentie dient 64 MHz ofwel 128 MHz te bedragen bij een veldkracht van 1,5 Tesla resp. 3 Tesla. Deze frekwenties zijn bepaald door de magnetische spin verhouding van waterstofatomen van 42,5 MHz/Tesla.The most commonly used MR scanners (this is 90%) are equipped with permanent magnets with a field force of 1.5 or 3 Tesla. Magnetic resonance imaging requires an induced radio frequency (RF) magnetic field on top of the static magnetic field. The frequency must be 64 MHz or 128 MHz with a field force of 1.5 Tesla resp. 3 Tesla. These frequencies are determined by the magnetic spin ratio of hydrogen atoms of 42.5 MHz / Tesla.
Electrische geleiders die aan zulke radio-frekwenties van het magneet veld worden onderworpen, hebben de neiging op te warmen door electrische doorstroming (inductie wet van Faraday). De opwarming is maximaal wanneer de lengte van de geleider de helft bedraagt van de golflengte van het geïnduceerde magnetisch veld. (') Een geharmoniseerde ISO norm is in project stadium: Assessment of the Safety of Magnetic Résonance Imaging for Patients with an Active Implantable Medical Device. De huidige norm is ASTM F2503 - 13 Standard Practice for Marking Medical Devices and Other Items for Safety in the Magnetic Résonance Environment (2 JStandard Test Method for Measurement of Radio Frequency Induced Heating On or Near Passive Implants During Magnetic Résonance Imaging.Electric conductors that are subjected to such radio frequencies of the magnetic field tend to heat up due to electrical flow (induction law of Faraday). The heating is maximum when the conductor length is half the wavelength of the induced magnetic field. (') A harmonized ISO standard is at the project stage: Assessment of the Safety of Magnetic Resonance Imaging for Patients with an Active Implantable Medical Device. The current standard is ASTM F2503 - 13 Standard Practice for Marking Medical Devices and Other Items for Safety in the Magnetic Resonance Environment (2 JStandard Test Method for Measurement of Radio Frequency Induced Heating On or Near Passive Implants During Magnetic Resonance Imaging.
Dit is zo wegens het ontstaan van "staande" golven bij de hoofdfrekwentie van het RF magnetisch veld.This is because of the occurrence of "standing" waves at the main frequency of the RF magnetic field.
Een kritische lengte voor geïmplanteerde geleiders is daarom vastgelegd op 30 cm resp. 15 cm. Bij moderne pacemakers en neurostimulatoren ligt de lengte van de geleiders binnen dit bereik. (De afstand van de subclaviculaire holte tot het hart of het hoofd bedraagt ongeveer 30 cm).A critical length for implanted conductors is therefore set at 30 cm resp. 15 cm. With modern pacemakers and neurostimulators, the length of the conductors is within this range. (The distance from the subclavicular cavity to the heart or head is approximately 30 cm).
Het theorie van staande golven is goed bekend en toont aan dat de maximale opwarming aan de uiteinden van de geleider gebeurt. (De spanning is maximaal aan de uiteinden in geval van resonantie van de geïnduceerde stroom).The theory of standing waves is well known and shows that the maximum heating occurs at the ends of the conductor. (The voltage is maximum at the ends in case of resonance of the induced current).
Onderhavige uitvinding verkleint de effectieve lengte van de geleiders van de inductieve stroombaan en verlaagt alzo de opwarming. Ze is gebaseerd op het gebruik van een composiet geleider met dezelfde mechanische en electrische kwaliteiten als bestaande geleiders.The present invention reduces the effective length of the conductors of the inductive current path and thus reduces the heating. It is based on the use of a composite conductor with the same mechanical and electrical qualities as existing conductors.
De eigenschappen van de geleider worden verondersteld in overeenkomst met de theorie van een transmissie lijn te zijn.The properties of the conductor are supposed to be in accordance with the theory of a transmission line.
De volgende twee paragrafen beschrijven hoe de nieuwe geleider (onderwerp van de octrooi-aanvraag) de impedantie bij transmissie van laag-frequente signalen minimaliseert, en de geïnduceerde schadelijke opwarming tijdens een MR scan mildert.The following two paragraphs describe how the new conductor (subject of the patent application) minimizes the impedance in transmission of low-frequency signals, and mitigates the induced harmful heating during an MR scan.
Impedantie bij laag frekwente signalen.Impedance with low-frequency signals.
De geleider (fig.l) is ontworpen zodanig dat er een lage impedantie optreedt bij doorgang van gelijkstroom (DC) of signalen met een lage frekwentie (specifiek < 100 kHz). Dit objectief wordt verkregen door een composiet draad samen te stellen, bestaande uit een buitenmantel of omhullende huls (figuur 1 tag 1), vervaardigd uit een hoog resistente legering en een kerndraad binnenin (fig.l tag 2). De twee componenten worden concentrisch intiem samengevoegd door "koud trekken van een gevulde buis" (tube filled cold drawing).The conductor (Fig. 1) is designed such that a low impedance occurs when DC (DC) or low-frequency signals pass through (specifically <100 kHz). This objective is obtained by assembling a composite wire consisting of an outer jacket or envelope sleeve (Figure 1 tag 1), made of a highly resistant alloy and a core wire inside (Figure 1 tag 2). The two components are merged concentrically intimately by "cold drawing of a filled tube" (tube filled cold drawing).
Een goed voorbeeld is de composiet draad bestaande uit een zilveren kerndraad (fig.3 tag 2) omwikkeld met een superlegering gekend als MP35 alloy (tig. 3 tag 1). Dit is een NiCoCr legering met uizonderlijke mechanische eigenschappen en weerstand tegen vermoeidheid.A good example is the composite wire consisting of a silver core wire (fig.3 tag 2) wrapped with a super alloy known as MP35 alloy (fig. 3 tag 1). This is a NiCoCr alloy with exceptional mechanical properties and fatigue resistance.
Een geleider filament vervaardigd uit MP35 legering met een typische diameter heeft een lage frekwentie impedantie van ongeveer 100 Ohm/m.A conductor filament made from MP35 alloy with a typical diameter has a low frequency impedance of approximately 100 Ohm / m.
De lage frekwentie impedantie vermindert aanzienlijk door het inbrengen van een hoog geleidende zilveren (Ag) kerndraad tot ongeveer 5 Ohm/m (tig. 3-tag 2), bij dezelfde typische diameter.The low-frequency impedance is considerably reduced by introducing a highly conductive silver (Ag) core wire to approximately 5 Ohm / m (FIG. 3-tag 2), with the same typical diameter.
Deze drastisch lagere weerstand verlengt op signifikante wijze de levensduur van de batterijen van medische apparaten.This drastically lower resistance significantly extends the life of the batteries of medical devices.
De techniek om deze composiet draad te vervaardigen heet "koud trekken van een gevulde buis". Meer bepaald wordt een holle buis van MP35 gevoerd met een zilverdraad, en koud getrokken door een matrijs. Hierdoor geraken de buis en de kerndraad solidair verbonden.The technique for manufacturing this composite wire is called "cold pulling of a filled tube". More specifically, a hollow tube of MP35 is fed with a silver wire, and cold drawn through a die. As a result, the tube and core wire are connected in solidarity.
Deze composiet vertoont een optimaal evenwicht tussen mechanische en electrische eigenschappen. In het bijzonder heeft deze composiet een lage impedantie bij doorgang van laag-frekwente signalen. Pacemakers en neurostimulatoren sturen typische zo pulserende signalen naarde weefsels. Een nuttige bandbreedte om therapeutische pulsies met behoud van een hoge signaalgetrouwheid (signal fidelity) door te geven situeert zich rond 100 kHz.This composite shows an optimum balance between mechanical and electrical properties. In particular, this composite has a low impedance at the passage of low-frequency signals. Pacemakers and neurostimulators send typical pulsing signals to the tissues. A useful bandwidth for transmitting therapeutic pulses while maintaining a high signal fidelity is around 100 kHz.
De impedantie bij lage frekwentie is hoofdzakelijk bepaald door de Ohmse weerstand van de geleider. Variaties in capaciteit of inductie door het oprollen of vlechten van de geleider zijn verwaarloosbaar bij deze lage frekwenties. Daaruit volgt dat de gelijkstroom (DC = direct current) weerstand van de geleidereen maat is voorde impedantie voorlaag frekwente signalen.The impedance at low frequency is mainly determined by the ohmic resistance of the conductor. Variations in capacitance or induction due to the winding or braiding of the conductor are negligible at these low frequencies. It follows that the direct current (DC = direct current) resistance of the conductor is a measure of the impedance pre-low frequency signals.
Impedantie voor geïnduceerde stromen door RF magnetische velden van MR scanners.Impedance for induced currents through RF magnetic fields from MR scanners.
De impedantie van geleiders bij hogere frekwenties, in het bijzonder voor de frekwenties van 64MHz en 128 MHz, kan niet meer gemeten worden via de Ohmse weerstand. Capacitieve en inductieve effecten zijn hier niet meer verwaarloosbaar. De effecten van de golfvoortplanting en resonantie dienen in rekening gebracht te worden.The impedance of conductors at higher frequencies, in particular for the frequencies of 64 MHz and 128 MHz, can no longer be measured via the ohmic resistor. Capacitive and inductive effects are no longer negligible here. The effects of wave propagation and resonance must be taken into account.
De hier voorgestelde uitvinding bestaat uit een composiet geleider met toevoeging van in de kerndraad ingebouwde RF reflectoren (fig.l tag 3). Deze reflectoren zijn korte segmenten ingepast in de kerndraad. Deze segmenten hebben een signifikante afwijkende weerstand in vergelijking met de weerstand van de hoog geleidende kerndraad. Aldus dient de geïnduceerde RF stroom zich voort te planten overeen pad dat bestaat uit aaneengerijgde segmenten met verschillende impedanties. Dit snoer wordt electrisch gezien samengevoegd door de omhullende schachtbuis tot één macro-structuur.The invention proposed here consists of a composite conductor with the addition of RF reflectors built into the core wire (Fig. 1 tag 3). These reflectors are short segments that fit into the core wire. These segments have a significant deviating resistance compared to the resistance of the highly conductive core wire. Thus, the induced RF current must propagate according to a path consisting of concatenated segments with different impedances. Seen electrically, this cord is assembled through the enveloping shaft tube into one macro-structure.
De opeenvolgende discontinuïteiten in de kerndraad (fig. 2 tag 3) reflecteren de instromende electrische golf gedeeltelijk.The successive discontinuities in the core wire (fig. 2 tag 3) partially reflect the incoming electric wave.
De reflectiecoëfficiënt wordt door volgende formule weergegeven (zie fig 2):The reflection coefficient is represented by the following formula (see Figure 2):
Deze formule toont aan dat de reflectie recht evenredig is met de variatie in de impedantie.This formula shows that the reflection is directly proportional to the variation in the impedance.
In de nieuw ontworpen geleider veroorzaken de RF reflectie partikels (fig.l tag 3) door hun signifikant hogere impedantie dan de hooggeleidende kerndraad, een belangrijke reflectie van de door het RF magnetisch veld geïnduceerde electrische golf.In the newly designed conductor, the RF reflection particles (Fig. 1 tag 3), due to their significantly higher impedance than the highly conductive core wire, cause an important reflection of the electric wave induced by the RF magnetic field.
Indien de lengte van de g eïn crus te erde segmenten (fig.l tag 2) ruim kleiner is dan een kwartlengte van deze golf, dan blijkt het onmogelijk te zijn om resonerende staande golven op te wekken in de geleider bij de frekwenties 64 MHz en 128 MHz.If the length of the insulated segments (fig. 1 tag 2) is considerably smaller than a quarter of this wave, then it appears to be impossible to generate resonant standing waves in the conductor at the frequencies of 64 MHz and 128 MHz.
Het is inderdaad zo dat de effectieve lengte van de geleider die voor inductie in aanmerking komt, beperkt blijft tot Lsegm (fig.3 - C). De afwezigheid van een resonantie mogelijkheid vertaalt zich in een niet meer meetbare temperatuurstoename van de geleider door Faraday inductie.It is true that the effective length of the conductor that is eligible for induction is limited to Lsegm (Fig. 3 - C). The absence of a resonance possibility translates into a no longer measurable temperature increase of the conductor due to Faraday induction.
In de praktijk kan aangenomen worden dat mijn uitvinding veilig toepasbaar moet zijn voor 1,5 Tesla en 3 Tesla scanners. De karakteristieke lengte L segm dient dan ruim kleiner dan 7,5 cm te zijn in een industrieel design ( = 'A golflengte bij 128MHz in zoutoplossing).In practice it can be assumed that my invention must be safely applicable for 1.5 Tesla and 3 Tesla scanners. The characteristic length L segm must then be more than less than 7.5 cm in an industrial design (= 'A wavelength at 128 MHz in saline).
De lengte van de reflector moet een haalbaar practisch compromis vormen tussen de produceerbaarheid en de totale DC weerstand van de geleider. Deze weerstand kan gemakkelijk berekend worden aan de hand van een equivalent netwerk van parallel en in serie geschakelde weerstanden. Wanneer Lrefl « Lsegm en de omhullende schachtbuis electrisch geleidt, zal het inbouwen van de RF reflectoren de globale DC weerstand van de geleider slechts marginaal beïnvloeden.The length of the reflector must be a feasible practical compromise between manufacturability and the total DC resistance of the conductor. This resistance can easily be calculated on the basis of an equivalent network of resistors connected in parallel and in series. When Lrefl «Lsegm and the casing shaft tube conducts electrically, the incorporation of the RF reflectors will only marginally influence the overall DC resistance of the conductor.
Nota inzake het "skin effect": het is wetenschappelijk bekend dat de doorstroming van de signalen met frekwentie 64 MHz en 128 MHz zich sterk concentreert in een dunne buitenschil van de geleider.Note on the "skin effect": it is scientifically known that the flow of the signals with frequency 64 MHz and 128 MHz is strongly concentrated in a thin outer shell of the conductor.
Dit effect doet zich ook voor in deze nieuw uitgevonden geleider en wordt beschreven door onderstaande formules:This effect also occurs in this newly invented conductor and is described by the formulas below:
(Cfr https://en.wikipedia.Org/wiki/Skin_effect#Resistance)(See https://en.wikipedia.Org/wiki/Skin_effect#Resistance)
Doordat de weerstand van de omhullende schacht een grootte-orde hoger is dan deze van de kerndraad, concentreert de electrische stroom zich in de buitenschil van de kerndraad. De fractie die nog door de buitenschil van de omhullende schachtbuis loopt is verwaarloosbaar.Because the resistance of the enveloping shaft is an order of magnitude higher than that of the core wire, the electric current concentrates in the outer shell of the core wire. The fraction that still runs through the outer shell of the enveloping shaft tube is negligible.
Wegens het skin-effect en op voorwaarde dat p-kern « p - buitenhuis, speelt de buitenhuis (fig. 1 tag 1 ) de rol van een isolator bij hoge frekwenties, zoals 64 MHz en hoger.Because of the skin effect and provided that p-core «p - outside house, the outside house (fig. 1 tag 1) plays the role of an insulator at high frequencies, such as 64 MHz and higher.
In de bijgevoegde figuren is “Lsegm“ de effectieve lengte van het geleidende segment voor Faradayaanse inductie.In the attached figures, "Lsegm" is the effective length of the conductive segment for Faradayan induction.
Toepassing in de praktijkApplication in practice
De hier voorgestelde uitvinding kan geproduceerd worden door middel van een industrieel proces van “koud trekken van een gevulde buis”.The invention proposed here can be produced by an industrial process of "cold drawing of a filled tube".
Een kerndraad wordt in een buiten schachtmantel (de buis) gevoerd, waarbij de kerndraad bestaat uit een aaneenrijging van draadstukken uit hoog geleidend materiaal, regelmatig onderbroken door korte segmenten uit een materiaal met lagere geleidbaarheid. Deze assemblage trekt men tenslotte door een matrijs met een kleinere diameter, zodat de buis en kerndraad één solidair geheel gaan vormen.A core wire is fed into an outer shaft casing (the tube), the core wire consisting of a succession of wire pieces of highly conductive material, regularly interrupted by short segments of a material with lower conductivity. This assembly is finally pulled through a mold with a smaller diameter, so that the tube and core wire form one solidary whole.
Een praktische composiet-geleider bekomt men door een schachtmantel uit een NiCOCrsuperlegering (MP35™) te combineren met een kerndraad uit zilver (Ag) met een doorsnede van 50% in oppervlakte, onderbroken door reflectoren vervaardigd uit dezelfde MP35 legering. De reflectoren dienen een lengte van 1 cm te hebben en om de 5 cm ingevoegd te worden.A practical composite conductor is obtained by combining a NiCOC super alloy (MP35 ™) shaft shell with a silver (Ag) core wire with a 50% cross-sectional area interrupted by reflectors made from the same MP35 alloy. The reflectors must have a length of 1 cm and be inserted every 5 cm.
OriginaliteitOriginality
Er is geen bestaand product gekend van een geleider met ingebouwde reflectoren die zodanig ontworpen is dat er amper een temperatuurstoename is door toedoen van het RF magnetisch veld van scanners.There is no known product of a conductor with built-in reflectors that is designed in such a way that there is hardly any temperature increase due to the RF magnetic field of scanners.
Een gekende oplossing om het warmte effect te milderen is het aanbrengen van speciale coatings op de geleider, die ofwel de geleider afschermen van het RF magnetische veld, of deze thermisch isoleren van het omhullende weefsel.A known solution to mitigate the heat effect is to apply special coatings to the conductor, which either shield the conductor from the RF magnetic field, or thermally isolate it from the enveloping tissue.
Een andere experimentele techniek bestaat uit het toevoegen van componenten die de gevoeligheid voor inductie wijzigen. Deze componenten wijzigen de impedantie van de geleider om resonantie te voorkomen. Zij zijn ofwel capacitief of inductief, de zogenaamde RF filters of RF chokes. Dit ontwerp is nog in ontwikkeling en stuit nog op problemen van bio -compatibilteit en robuustheid.Another experimental technique consists of adding components that change the sensitivity to induction. These components change the impedance of the conductor to prevent resonance. They are either capacitive or inductive, the so-called RF filters or RF chokes. This design is still under development and still faces problems of bio-compatibility and robustness.
Het grote voordeel van mijn uitvinding is dat het geproduceerd kan worden met bestaande productie technieken voor medische toepassingen, onder meer het oprollen van de draad in een hélicoïdale veer, hetgeen mijn uitvinding kostenefficiënt maakt. De voorgestelde geleider kan ook dezelfde sterkte karakteristieken verkrijgen als de bestaande conventionele draden, met gelijke electrische kwaliteiten.The great advantage of my invention is that it can be produced with existing production techniques for medical applications, including the winding of the wire in a helical spring, which makes my invention cost-efficient. The proposed conductor can also obtain the same strength characteristics as the existing conventional wires, with the same electrical qualities.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE2015/0278A BE1023908B1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE2015/0278A BE1023908B1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BE1023908A1 BE1023908A1 (en) | 2017-09-08 |
BE1023908B1 true BE1023908B1 (en) | 2017-09-11 |
Family
ID=56683691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BE2015/0278A BE1023908B1 (en) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BE (1) | BE1023908B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050222659A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-06 | Medtronic, Inc. | Lead electrode for use in an MRI-safe implantable medical device |
US20090149920A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Yingbo Li | Leads with high surface resistance |
US20150057730A1 (en) * | 2011-01-28 | 2015-02-26 | Medtronic, Inc. | Implantable medical leads and systems that utilize reflection points to control induced radio frequency energy |
-
2015
- 2015-12-31 BE BE2015/0278A patent/BE1023908B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050222659A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-06 | Medtronic, Inc. | Lead electrode for use in an MRI-safe implantable medical device |
US20090149920A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Yingbo Li | Leads with high surface resistance |
US20150057730A1 (en) * | 2011-01-28 | 2015-02-26 | Medtronic, Inc. | Implantable medical leads and systems that utilize reflection points to control induced radio frequency energy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE1023908A1 (en) | 2017-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3362142B1 (en) | Mri-safe implantable medical device | |
JP5165065B2 (en) | Shielded embedded lead | |
JP5430671B2 (en) | Lead wire with high surface resistance | |
KR101387841B1 (en) | Mri compatible electrode circuit | |
JP5073829B2 (en) | Implantable lead with variable coil conductor pitch | |
US7561906B2 (en) | Electrical lead for an electronic device such as an implantable device | |
US8055351B2 (en) | MRI-safe high impedance lead systems | |
BE1023908B1 (en) | GUIDE FOR MEDICAL TOOLS WITH REFLECTOR FOR ELECTRIC CURRENT INDUCED BY TIME-VARIAN MAGNETIC FIELDS | |
US8761899B2 (en) | MRI compatible conductive wires | |
US9101757B2 (en) | Implantable lead having an elongated lead body | |
KR101825279B1 (en) | Mri compatible electrode circuit | |
US20130199839A1 (en) | Mri compatible cable | |
WO2013188227A1 (en) | Mri compatible conductive wires | |
CA2902564C (en) | Mri compatible electrode circuit | |
US20120130462A1 (en) | Implantable Lead Comprising an Elongate Lead Body |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20170911 |
|
PD | Change of ownership |
Owner name: AN BOBBAERS; BE Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), CESSION; FORMER OWNER NAME: ZOE ENTREPRISES BVBA Effective date: 20180401 |
|
MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20201231 |