CN102272614B - 对插入到用于介入式mri的rf安全传输线中的变压器的连续机械调谐 - Google Patents

Abstract

一种变压器线(46)通过导管或其他介入式器械(30)延伸，该导管或其他介入式器械(30)将在磁共振成像装置(10)的检查区域(14)中使用。所述变压器线包括成对的变压器绕组(28)，调谐所述变压器绕组(28)以调节工作频率和最大衰减频率。偏心凸轮或其他调谐元件(50、64)被设置在所述变压器绕组中。机械地旋转所述偏心凸轮以改变所述变压器绕组的所述几何结构、改变它们的感应性能，并且一次改变每个被调谐的频率。

Description

对插入到用于介入式MRI的RF安全传输线中的变压器的连续机械调谐

本发明涉及一种配备有源介入式装置的磁共振设备，该有源介入式装置将在进行MR成像以检查患者或其他对象期间使用。本发明具体应用于改善安全性，特别是在传输线中。

MR成像系统通常用于对患者的检查和治疗。通过这样的系统，待检查的身体组织的核自旋通过静主磁场B₀对齐，并通过在射频带中振荡的横向磁场B₁激励。所产生的弛豫信号暴露于梯度磁场以定位所得的共振。接收弛豫信号，以便以已知的方式形成一维或二维图像。

常用的两种类型的MR系统包括“开放式”MR系统(垂直系统)和“膛型”系统。在前者中，患者被引入到检查区中，该检查区位于通过C-型单元连接的两个磁极之间。在检查或治疗期间几乎从所有侧面接近患者。后者包括圆柱形检查空间(轴向系统)，患者被引进该圆柱形检查空间中。

RF线圈系统提供RF信号的发射和共振信号的接收。除了永久构建在成像设备中的RF线圈系统，还利用表面线圈，可以灵活布置该表面线圈，例如，作为待检查的特定区域周围或其中的衬套或衬垫。

此外，利用引入到患者体内的有源介入式装置，以便例如当患者处于成像器中时获取组织样本或执行手术动作。在介入式装置的远端通常具有至少一个线圈元件，目的是在形成的图像中定位或者用于成像。

提供传输线或路径以连接如导管、针、支架、成像线圈、引导线等介入式装置中的远端和/或其他部件与有源单元，特别是电源、接收/发射装置、控制单元，等等。有源介入式装置通常必须通过MR场指导，在MR系统的情况下，MR场包括以RF脉冲的形式生成的B₁场，所述RF脉冲通过RF线圈系统发射。在传输线和周边身体组织中，这样的RF场可以诱发共模信号(电流)。这种共模信号会引起大的电场。这些电流不仅造成对附属装置和/或有源单元的干扰或破坏，它们尤其是还可能使临近的组织显著受热，可能导致患者内部器官的严重烧伤或血液/组织凝结。

为了解决这些问题，已经提出了安全的变压器(transformer)线(STL)。通过将传输线分为短的段，使用变压器感应(inductively)耦合各段，并适当地调谐电感/电容，传输线能够被调谐为针对引起问题的共模电流为非共振的并且因此不导电的，而对产生实际MR信号的差模电流是共振的并且因此高传导性的。变压器感应地发射传输线信号，同时鲁棒地衰减在传输线中诱发的RF电流，无需使用并联谐振电路，所述并联谐振电路中充斥着能够生成危险的局部热量的RF电流，并且体积庞大，造价昂贵。

在实践中，安全变压器线起初在实验室中被调谐为预期的工作频率。然后将STL集成到介入式装置中。该调谐没有预先考虑到多变的环境条件，诸如导管结构的影响，以及身体组织、空气、骨骼、血液和装置中能够影响信号质量的其他电子部件的影响。此外，传输线段和变压器线的变压器可能例如由于部件的容许误差，在设计时没有被调谐，这会进一步降低适应性。

本发明提供新的经改进的安全的变压器线，所述安全的变压器线能够在所有装置组装完毕后针对具体环境进行调谐，这克服了上述问题和其他问题。

根据一个方面，提供了一种用于各种导管或介入式器械中的任意一种的变压器线。感应耦合各传输线段的至少一对变压器绕组设置在介入式器械中。至少一个调谐元件设置在所述变压器绕组中的至少一个附近，并被配置成调节变压器绕组的几何结构。

根据另一个方面，提供了一种使用变压器线的方法，所述变压器线包括感应耦合各传输线段的至少一对变压器绕组。所述变压器线被安装在诸如导管的介入式器械中。设置在至少一个变压器绕组附近的介入式器械中的调谐元件被用于调节变压器绕组的几何结构。

一个优点在于允许对成品后的介入式装置进行调节。

另一优点在于该设计允许多条平行线集成到介入式装置中。

进一步的优点在于改进了成像、可视化和定位。

本领域普通技术人员通过阅读和理解下文的详细描述，将理解本发明的进一步优点。

本发明可以具体化为不同的部件或部件布置，以及具体化为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明优选实施例，而不应解释为是对本发明的限制。

图1是MR设备连同具有连续可调谐的变压器线的介入式器械的部分剖面的图解侧视图；

图2A和2B是连续可调谐的变压器线的频率相应的范例；

图3是变压器线的示意图，该变压器线具有在诸如导管或引导线的介入式器械中的可变形绕组；

图4A和4B是变压器线的示意图，该变压器线具有集成的转动-扩张器以调节变压器绕组的几何结构；

图5是变压器线的示意图，该变压器线具有集成的转动-扩张器，通过进入端口操作所述转动-扩张器以与旋转工具(tuming tool)一起使用；

图6是变压器线的示意图，该变压器线具有集成的控制线。通过进入端口操作所述控制线以推动和/或牵拉变压绕组。

参照图1，磁共振成像系统10包括主磁体12，主磁体12生成通过检查区域14的时间上均匀的B₀场。该主磁体可以是环状的或孔型的磁体、C形开放磁体、其他设计的开放磁体，等等。在主磁体附近设置的梯度磁场线圈16用于生成沿相对于B₀磁场选定轴的磁场梯度。诸如全身线圈18的射频线圈设置在检查区域附近。任选地，除了全身RF线圈18之外或作为其替代，还提供了局部或表面RF线圈18′。

扫描控制器20控制梯度控制器22，使梯度线圈在成像区域上施加选定的磁场梯度脉冲，其可以适用于选定的磁共振成像或谱序列。扫描控制器20还控制RF发射器24，使全身或局部RF线圈生成磁共振激励并操纵B₁脉冲。扫描控制器还控制连接到全身或局部RF线圈的RF接收器26以从那里接收磁共振信号。

由外科医生或临床医生把持诸如导管30的介入式器械。想到了各种其他类型的介入式器械和导管。例如，导管可以包括引导线、支架、注射器、针、用于引入造影剂或其他液体的通道等。在图示的实施例中，导管或其他介入式器械在其远端处设置有线圈32。任选地，可以沿着导管的长度设置更多线圈。任选地，可以在与线圈32相邻的导管顶端中设置其他电气设备，诸如放大器、匹配和调谐电路或其他电路。导管，尤其是其中的导电体，经由安全的变压器线与RF接收器26和/或RF发射器24′感应耦合，所述安全的变压器线集成有可变形的变压器28，用于调谐已组装的导管或其他介入式器械。RF发射器24′可以与RF发射器24相同。备选地，RF发射器24和24′可以是不同的发射器，以便于实现显著不同的发射功率水平。

可以通过各种方式使用介入式器械线圈32。在一个实施例中，经由RF发射器24′向线圈34施加RF定位信号。定位信号与梯度同时施加，使得频率能够指示位置。在线圈32接收通过全身RF线圈18或局部RF线圈18′在临近组织中诱发的共振信号的实施例中，将优选为数字式的所接收到的共振信号发送至RF接收器26，以类似于其他接收到的磁共振信号那样进行处理。已知各种其他定位技术。在一些定位技术中，令线圈32在共振配置和非共振配置之间切换。磁场梯度16可以应用于在分立的定位过程中空间定位定位器RF信号，或者线圈的定位可以与磁共振信号的处理同时处理。还可以在介入式器械中执行各种其他电气功能。STL还能够发射任意类型的信号，所述信号可能是各个功能所需的，并且STL还能够用于给器械的有源部分提供电力。为此，可以在发射之前调频各个信号，并且之后在接收器中，或者例如在装置的顶端或其他位置的有缘元件处解调。通常针对低频信号进行这一操作，否则低频信号不能经由基于感应耦合的STL有效发射。

从接收器26接收到的数据暂时存储在数据缓冲器36中，并由磁共振数据处理器38处理。磁共振数据处理器能够执行本领域已知的各种功能，包括图像重建、磁共振谱分析、导管或介入式器械定位，等等。在图形用户界面40上显示重建的磁共振图像、谱读出信息、介入式器械位置信息和其他已处理的MR数据。图形用户界面40还包括用户输入装置，临床医生可以使用该用户输入装置控制扫描控制器20，以选择扫描序列和规程，等等。

参照图2A和2B，传输线46包括传输线48的段，其通过可变形的变压器28彼此感应耦合。变压器以不大于四分之一波长(在共振频率下)的间隔分隔开，以阻断直流、偏离共振频率的电流和共模共振的传输。更具体而言，当变压器28处于变形(或非变形)的一种状态时，将信号最低程度地衰减为刚好高于64MHz，但有时衰减为低于这一频率。通过改变图2B中图示说明的变形，工作频率转变为刚好低于64MHz。通过这种方式，能够可调节的执行变压器变形直到工作频率移动到选定的频率。

参照图3，配置连接传输线段48的变压器线圈对28，使得它们能够在多个方向中的任意方向中变形。例如，可以移动线圈使其更靠近在一起或进一步分开。作为另一范例，线圈中的一个可以相对于另一个被拉长。作为另一范例，线圈可以横向变形。想到了修改变压器的最小阻抗频率的各种其他机械变形。

在图4A和图4B的实施例中，变压器线46嵌入到导管或其他介入式装置30中，由于变压器附近的其他有源元件或材料，该导管或其他介入式装置30改变传输线的频率传递/衰减特性。在每个变压器附近，可旋转的偏心凸轮50嵌入到与变压器28附近的导管30中。在这一实施例中，该凸轮与杆52连接，杆52继而与元件54连接，用于接收使凸轮50旋转的工具。凸轮50相对于变压器28放置，例如，与变压器28的绕组同心地放置，使得如图4B中所示的凸轮50的旋转改变变压器28的形状和/或其他物理特性，并且因此改变线圈传递的频率和线圈衰减的频率。通过这种方式，可以单独旋转每个凸轮直到将其各自的线圈调谐到选定的频率。通常，以最接近远端的变压器开始调谐变压器，向后工作到末端，所述末端由临床医生操纵并与外围电子器件连接。

参照图5，还想到了用于改变变压器28的物理特性的其他机械机制。例如，导管或其他介入式装置可以有端口60，通过其限定旋转工具62，诸如螺丝刀，能够通过该端口60延伸，从而与位于变压器28中的一个附近的偏心凸轮64咬合。偏心凸轮包括机械结构，在螺丝刀的情况下，包括槽，用于咬合旋转工具62。任选地，一旦已经旋转凸轮并适当调谐了变压器，可以利用密封剂填充或密封端口，该密封剂锁定凸轮的位置并防止进一步接近。该密封剂优选具有生物兼容性、耐消毒剂，并形成不透水的封印。

参照图6，变压器形状能够通过附接到每个变压器远端和/或近端部分的控制线或控制杆68调节，每个变压器远端和/或近端部分起初例如为凸形，从而相对于另一端推动或牵拉一端导致可控制的变形(拉伸或弯曲)并且由此调谐变压器。

也考虑到了用于改变变压器感应系数和频率特性的其他机制。例如，除偏心凸轮64之外，端口60能够与在压力扩展线圈绕组的压力下填充有密封剂的中空腔连接。一旦获得了预期的频率，密封剂凝固化使得变压器保持选取程度的变形。

在另一备选的实施例中，提供偏置，使变压器绕组向内。通过这种方式，通过在相反的方向上旋转凸轮或减少使聚合物变形的压力，变压器能够调谐为指向相反的方向。

在另一个实施例中，利用材料填充变压器的中空腔，所述材料诸如是含铁或镍的纳米颗粒，以改变变压器的感应系数。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读了理解了前述详细说明的情况下，本领域技术人员可以认识到对其的修改和变化。这意味着，应当将本发明推断为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。

Claims (13)

1.一种用于各种导管或其他介入式器械（30）中的任意一种的变压器线（46），所述变压器线包括：

至少一对变压器绕组（28），其与设置在所述介入式器械（30）中的传输线段（48）感应耦合；以及

至少一个调谐元件（50、64），其设置在所述变压器绕组中的至少一个附近，并被配置成调节所述变压器绕组（28）的几何结构，

其中，所述调谐元件（50、64）是能移动的，并被配置成当所述调谐元件相对于所述变压器绕组机械移动时使所述变压器绕组（28）变形。

2.根据权利要求1所述的变压器线（46），还包括：

限定为通过所述介入式器械（30）的进入端口（60），其适合于接收插入以移动所述调谐元件的旋转工具（62、68），所述进入端口是能封闭的以覆盖变形元件。

3.根据权利要求1所述的变压器线（46），还包括：

杆（52），其从能移动的调谐元件（50）延伸并延伸至所述介入式器械（30）的外部。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的变压器线（46），其中，所述调谐元件包括旋转地设置在所述变压器绕组（28）中的偏心元件（50、64）。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的变压器线（46），其中：

所述变压器绕组（28）由弹性材料制成或与弹性材料相固定，所述弹性材料通过所述调谐元件在所述变压器绕组（28）上沿与变形方向相反的方向施加物理力。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的变压器线，其中：

在制造所述介入式器械之后，所述传输线段（48）、变压器绕组（28）和所述调谐元件被配置成被装配和调谐至工作频率。

7.根据权利要求1所述的变压器线，其中，所述调谐元件被配置成机械地调节所述变压器绕组（28）之间的间距和/或机械地调节所述变压器绕组的半径。

8.一种导管，包括：

设置在顶端附近的线圈（32）；

根据权利要求1-7中的任一项所述的变压器线（46），其通过所述导管从所述线圈（32）延伸到与相关电气设备（24'、26）连接的点。

9.一种磁共振系统，包括：

磁体（12），其在检查区域（14）中生成静磁场；

射频发射线圈（18、18'），其被配置成诱发并操纵所述检查区域中受检者体内的磁共振；和/或从所述检查区域（14）采集磁共振数据；以及

介入式器械（30），其包括根据权利要求1-7中的任一项所述的变压器线（46）。

10.根据权利要求9所述的磁共振系统，其中，所述介入式器械包括：

与所述变压器线（46）连接的介入式器械线圈（32），并且其中，所述变压器线（46）与射频发射器（24'）和射频接收器（26）中的至少一个电连接。

11.一种使用变压器线的方法，所述变压器线包括与传输线段（48）感应耦合的至少一对变压器绕组（28），所述方法包括：

将所述变压器线安装到诸如导管的介入式器械中；

调节所述变压器绕组的几何结构以便调谐所述变压器线（46），

其中，调节所述变压器绕组的所述几何结构包括以下操作之一：

旋转偏心元件（50、64），当所述偏心元件旋转时，使所述变压器绕组（28）中的至少一个机械地变形；或者

推动或牵拉元件（68），当所述元件被推动或牵拉时，使所述变压器绕组（28）中的至少一个机械地变形。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述调谐元件（50、64）被设置在所述介入式器械（30）内部并且进入端口（60）被限定为通过所述介入式器械，所述方法包括：

通过所述端口插入工具（62）并移动所述调谐元件（50、64）以使所述变压器绕组（28）变形；

移除所述调谐工具（62）；以及

密封所述进入端口（60）。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在磁共振成像系统中定位受检者；

在所述磁共振成像系统中使用所述介入式器械（30）；

在所述介入式器械位于所述磁共振成像系统中时，执行磁共振成像。