CN102905756A - 用于植入体的mri安全盘磁体 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于受体病人的可植入系统的磁装置。平坦的线圈壳体包含用于植入体通信信号的经皮通信的信号线圈。第一附接磁体位于线圈壳体的平面内，并且能够在其中旋转，并且具有与线圈壳体的平面平行的磁偶极子，用于与对应的第二附接磁体的经皮磁相互作用。

Description

用于植入体的MRI安全盘磁体

本申请要求通过引用被包含在此的、在2010年4月23日提交的美国临时专利申请61/327,158的优先权。

技术领域

本发明涉及可植入医疗装置，并且具体地说，涉及在允许磁共振成像的装置中的磁性元件。

背景技术

诸如中耳植入体（MEI）和耳蜗植入体（CI）的一些听觉植入体在可植入部分和外部部分中使用附接磁体，以将该外部部分在植入体上磁性地固定就位。例如，如图1中所示，典型的耳蜗植入体系统可以包括外部发射器壳体101，该壳体101包含发送线圈102和外部磁体103。外部磁体103具有传统硬币形状和北南磁偶极子，该北南磁偶极子垂直于病人的皮肤，以产生外部磁场线104，如所示。在病人的皮肤下植入了对应的接收器组件105，该对应的接收器组件105具有类似的接收线圈106和植入内部磁体107。内部磁体107也具有硬币形状和北南磁偶极子，该北南磁偶极子垂直于病人的皮肤，以产生内部磁场线108，如所示。内部接收器壳体105在病人的身体内被使用外科手术植入和固定就位。外部发射器壳体101被设置在覆盖内部接收器组件105的皮肤上的适当位置，并且通过在内部磁场线108和外部磁场线104之间的相互作用被固定就位。来自发射器线圈102的RF信号将数据和/或电力耦合到接收线圈106，该接收线圈106与植入的处理器模块（未示出）进行通信。

当病人经历磁共振成像（MRI）检查时产生一个问题。在植入体磁体和对于MRI施加的外部磁场之间出现相互作用。如图2中所示，植入体磁体202的方向磁化

实质上垂直于病人的皮肤。因此，来自MRI的外部磁场

可以在内部磁体20上产生扭矩该扭矩可以将内部磁体202或整个植入体壳体201移位离开正确的位置。除了别的之外，这可能损害在病人体中的相邻组织。另外，来自MRI的外部磁场可以减小或消除植入体磁体202的磁化

使得它不再强得足以将外部发射器壳体固定在正确的位置。植入体磁体202也可能在MRI图像中引起成像伪影，可能存在在接收线圈中感应的电压和因为MRI的外部磁场

与植入装置的相互作用导致的听觉幻听。这对于超过1.5特斯拉的MRI场强特别成问题。

因此，对于现有的具有磁体装置的植入体系统，通常不允许MRI或最多限制MRI的使用以降低场强。其他现有解决方案包括通过外科手术可移除的磁体、球形植入体磁体（例如，美国专利7,566,296）和各种环形磁体设计（例如，在2009年7月22日提交的美国临时专利61/227,632）。在不要求外科手术来移除磁体的那些解决方案中，球形磁体设计可能是用于MRI移除的最方便和最安全的选择，即使在很高的场强下。但是球形磁体装置要求比植入体的其他部件的厚度大得多的大磁体，由此增大由植入体占用的体积。这继而可以产生其本身的问题。例如，诸如耳蜗植入体的一些系统被植入在皮肤和下面的骨头之间。磁体壳体的“球形凸块”因此要求准备进入下面的骨头中的凹陷部分。这是在可以在很小儿童的情况下很具挑战性或甚至不可能的应用中在植入期间的附加步骤。

发明内容

本发明的实施例涉及一种用于受体病人的可植入系统的磁装置。平坦的线圈壳体包含用于植入体通信信号的经皮通信的信号线圈。第一附接磁体位于线圈壳体的平面内，并且能够在其中旋转（例如，平面盘形状），并且具有与线圈壳体的平面平行的磁偶极子，用于与对应的第二附接磁体的经皮磁相互作用。

另外的特定实施例也可以具有至少一个磁聚焦导引器，所述至少一个磁聚焦导引器在壳体内与第一附接磁体相邻处并且经皮地引导所述磁场，以通过聚焦磁通量（即，局部增大磁感应）来增大在第一和第二附接磁体之间的磁吸引力。所述聚焦导引器也可以用于将磁场线导引远离诸如植入传感器或基于铁素体的部件的磁敏感部件。

所述线圈壳体可以是用于植入在病人的皮肤下的植入体线圈壳体，并且，所述信号线圈因此是接收器线圈。也可以存在：用于处理所述植入体通信信号的在所述壳体内的植入体信号处理器；以及，磁开关，其在所述线圈壳体内，并且与所述第一附接磁体磁相互作用，以便根据所述第一附接磁体的磁定向来影响所述信号处理器的操作。或者，所述线圈壳体可以是用于设置在所述病人的皮肤上的外部线圈壳体，并且，所述信号线圈则是发射器线圈。

所述第一附接磁体可以被适配来响应于外部磁场而在所述线圈壳体内旋转，并且可以存在润滑涂层，所述润滑涂层覆盖所述第一附接磁体的至少一部分，并且减小在所述第一附接磁体和所述线圈壳体之间的摩擦，以促进所述第一附接磁体的旋转。所述附接磁体的至少一个可以具有平面盘形状、矩形梁形状、圆柱梁形状或被切过的盘形状。或者，所述附接磁体的至少一个可以包括一对互补圆柱附接磁体，所述一对互补圆柱附接磁体可以选用地进一步包括连接所述一对互补圆柱附接磁体的磁通量引导器。

在上面的任何一种中，所述可植入系统可以是耳蜗植入体系统、中耳植入体系统、前庭植入体系统或喉部起搏器植入体系统。

附图说明

图1示出典型的耳蜗植入体系统的部分。

图2图示在植入体磁体和对于MRI系统施加的外部磁场之间可以出现的相互作用。

图3A-B根据本发明的实施例，将在典型的现有植入体附接磁体中的垂直磁偶极子装置与在附接磁体中的平行磁偶极子装置作比较。

图4A-B示出根据本发明的实施例的、具有附接磁体的耳蜗植入体线圈壳体的直立透视图和侧截面图。

图5示出在典型的闭合MR扫描器中的病人，其中，主磁场在病人体上从头部向脚趾前进。

图6示出在典型的开放MR扫描器中的病人，其中，主磁场在病人体上从前部向后部前进。

图7A-B示出不与主外部MRI场垂直的附接磁体的磁化方向的情况。

图8A-B示出具有软磁聚焦导引器装置的实施例的侧视图和顶视图结构细节。

图9示出具有磁开关装置的实施例，该磁开关装置具有根据附接磁体的定向的开关操作。

图10示出包括使用马蹄形磁体的、与图8中的实施例类似的实施例。

图11示出具有两个对应的圆柱外部附接磁体的实施例的侧视图。

图12示出一些与在图11中相同的结构的直立透视图。

图13示出具有附加的磁通量引导器的类似装置。

图14示出具有矩形梁形状的外部附接磁体的实施例。

图15示出具有圆柱梁形状的外部附接磁体的实施例。

图16示出具有基于盘形状的外部附接磁体的实施例，该盘形状切除了较少的磁性区域。

具体实施方式

本发明的各个实施例涉及用于与MRI系统相容的受体病人的可植入系统的磁装置。图3A示出在通常的现有植入体附接磁体中的磁场装置。在该情况下，附接磁体301是盘形的（即，圆柱的），其中与传统的产生如所示的磁场线302一样地在轴向上实现北南磁偶极子。本发明的实施例改变如图3B中所示的磁化方向，使得北南磁偶极子被定向得穿过与线圈壳体的平面平行（即，“在其中”）的附接磁体301的直径，以产生如所示的磁场线302。

当然，使用这样的装置，重要的是，在线圈壳体的平面中（即，与皮肤平行）使用相同的方向来磁化内部植入体接收器附接磁体和外部发射器附接磁体。然后，当将外部线圈壳体设置在病人的皮肤上的植入体线圈壳体上时，两个附接磁体在它们的轴线上转动，使得一个附接磁体的北和南极被定位得分别与另一个附接磁体的南和北极相邻，由此最大化在该两者之间的吸引磁力。

图4A示出直立透视图，并且图4B示出耳蜗植入体400的侧截面图，该耳蜗植入体400具有平坦的线圈壳体402，平坦的线圈壳体402包含用于植入体通信信号的经皮通信的信号线圈。第一附接磁体401位于线圈壳体402的平面内，并且能够在其中旋转（例如，平面盘形状），并且具有使得磁偶极子与线圈壳体402的平面平行的磁化方向。外部发射器线圈壳体405具有对应的第二附接磁体404，该第二附接磁体404具有与其线圈壳体405的平面平行的类似的磁偶极子方向，使得当被设置在受体病人的皮肤上时，它们各自的磁场使得两个附接磁体401和404如上所述自定向，以在它们之间形成磁吸引连接。在特定实施例中，可以使得线圈壳体402具有钛壳体，并且附接磁体401位于钛壳体外部，例如，被嵌入硅酮线圈组件中。替代地，线圈壳体402可以是陶瓷壳体，其中，附接磁体401被密封地封装在陶瓷壳体内。

当佩戴具有这样的附接磁体的植入体的病人需要经历MRI时，他们可以在已经卸下植入体系统的外部部件后进入扫描器室。当植入体用户被带入MR扫描器内时，附接磁体可能具有垂直于MR扫描器的外部磁场的其磁化分量。这将导致附接磁体在其轴线上转动，以将其磁偶极子的磁化方向与MR扫描器的静态场对准。这出现在下述两种情况中：传统的闭合MR扫描器，其特征在于具有如图5中所示的水平静态磁场的孔，该孔与在病人上的从头部到脚趾的身体轴线平行地延伸；以及，在如图6中所示的所谓的开放MR扫描器，其特征在于垂直于从前部向后部通过病人的身体的身体轴线延伸的垂直静态磁场。

当植入体的附接磁体可以与MR系统的静态磁场对准时，不存在由MR的静态磁场施加在附接磁体/线圈壳体装置上的任何扭矩，附接磁体的磁力也不会弱化。当附接磁体不能完全与MR扫描器的静态磁场对准而是保持于在植入体磁体的磁通量和MR扫描器的静态磁场之间的多达大约20°的角度时也是该情况。因为扭矩与该角度的正弦成比例，所以例如，当附接磁体保持固定在最差情况角度90°时，对于剩余角度20°扭矩减小到扭矩的大约1/3（66%的减小）。在附接磁体的旋转轴线（即，对称轴线）精确地垂直于MR系统的静态磁场的情况下，附接磁体可以转动，并且可以将其磁偶极子m精确地与静态磁场B₀对准，而没有扭矩或去磁。但是这是理想的理论情况，在大多数真实情况下，附接磁体的旋转轴线仅接近但是未精确地垂直于静态磁场，例如，在70°或80°的角度，而不是90°。在图7A中示出这一点。附接磁体在其轴线上转动，并且试图将其磁偶极子m尽可能最佳地与周围的磁场B₀对准（图7B）。剩余小的角度（α₂），并且，剩余的扭矩与这个角度的正弦成比例（例如，当剩余角度是20°时，扭矩仅是大约1/3）。因为剩余的角度通常小（<<90°），所以实际上即使对于B₀的高值（>1.5特斯拉），也没有附接磁体弱化的风险。仅当（或如果）附接磁体的旋转轴线与MR系统的净磁场B₀（几乎）平行（象在现有技术中那样）时，附接磁体则具有大体垂直于B₀的磁偶极子（而与磁体如何转动无关），并且，将存在全扭矩和磁体弱化的风险。

图8A-B示出实施例的侧视图和顶视图结构细节，其中，线圈壳体401也包含磁聚焦引导器801，磁聚焦引导器801围绕附接磁体402的一些或全部。磁聚焦引导器801由软铁磁材料形成，该软铁磁材料将附接磁体402的磁场引导通过皮肤，以通过聚焦磁通量（即，局部提高磁感应）来提高对于另一个对应的附接磁体的磁吸引力。聚焦引导器801也可以用于将磁场线引导离开诸如植入传感器或基于铁素体的部件的磁敏感部件。在图8A-B中所示的特定实施例中，磁聚焦引导器801具有位于附接磁体402的相对侧上的两个大体矩形的相对引导器构件，其因此在没有诸如MRI场的外部磁场的情况下具有限定的平衡位置。在图8中所示的实施例也示出由聚四氟乙烯（PTFE）制成的润滑涂层802，其覆盖附接磁体402的至少一部分，并且降低在附接磁体402和线圈壳体401之间的摩擦，以便响应于外部磁场促进附接磁体402的旋转。

在一些实施例中，附接磁体可以被固定在外部部件（例如，发射器线圈壳体）内，以防止其旋转。例如，外部附接磁体可以被固定在外部部件内，使得其磁轴当在身体上佩戴外部部件时在良好地限定的定向上。外部部件的位置可以然后被调整以获得最佳的磁体定向，以实现外部部件的最佳（最大）磁固定。

替代地，附接磁体可以被封装在外部部件内，使得它可以在其轴线上旋转，就像在植入体内的附接磁体那样。在一些混和实施例中，植入体附接磁体可能不完全自由地转动，但是可以限于特定的最大旋转角度。当内部和外部附接磁体自由旋转时，如果附接磁体的至少一个的重心偏离其旋转轴线，则那个磁体将当植入体用户相对于磁轴转动时转动。因为两个附接磁体磁耦合，所以植入体附接磁体也转动。基于该布置，可以例如对于电子前庭假体实现（单轴线）陀螺传感器。在不同的实施例中，植入体附接磁体可以具有恢复力，该恢复力将其定位到限定的定向上，只要不存在外部磁场。

图9示出包括在线圈壳体401内的磁开关901的实施例。磁开关901与附接磁体402磁相互作用，以便根据附接磁体402的定向来影响植入体信号处理器的操作。例如，附接磁体402的南极朝向下（向尾部地）指示外部发射器线圈位于线圈壳体401上，因此启动植入体信号处理器。另一方面，重新定向附接磁体402使得北磁极朝向下可以触发不同的操作模式，例如，遥测模式、重新充电或编程模式，或者用于启动/禁止电极。这样的功能将要求外部附接磁体被固定在其壳体内以防止其旋转。

值得注意的是，虽然如上所述的实施例是盘形（圆柱），但是不必要如此要求。而是，可以实现为任何形状，只要磁化与线圈壳体和皮肤平行。例如，图10示出与图8中的实施例类似的实施例，其包括马蹄形附接磁体1001的使用。另外，在如上所述的实施例中，附接磁体具有垂直于盘的旋转轴线的磁化轴，但是在其他实施例中，附接磁体可能更一般地具有不与旋转轴线平行的磁化轴。

图11示出另一个实施例的侧视图，其中，外部线圈壳体405包含一对互补圆柱附接磁体1101和1102，它们具有相反的磁极性，如所示，该磁极性与单个圆柱植入体附接磁体402相互作用，该单个圆柱植入体附接磁体402在植入体壳体405的平面中自由旋转，以将其本身定向得与外部附接磁体1101和1102磁相互作用。图12示出相同结构的一些的直立透视图。图13示出连接该两个外部附接磁体1101和1102的附加磁通量引导器1301的类似布置。

图14示出具有矩形梁形状的外部附接磁体1401的实施例。图15示出具有圆柱梁形状的外部附接磁体1501的实施例。图16示出具有外部附接磁体1601的实施例，该外部附接磁体1601基于具有较少磁性区域被切除的盘形状，以节省重量和体积，而不显著地损害整体磁场强度。

优化外部附接磁体装置最小化了总的质量，并且控制磁场的空间分布，这继而可以影响与外部线圈相关的电路—例如，降低外部附接磁体对于感应信号发送属性的影响。另外，外部附接磁体的正确地优化的设计可以提供改善的磁场距离特性，例如，允许更浅的场。一些实施例可以具有类似的植入体附接磁体布置。

具有在线圈壳体的平面中定向（即，与皮肤平行）的磁场的非球形磁体一般具有与球形磁体设计相同的相对于MR系统的优点，主要限制是如上所述的盘形附接磁体设计允许在仅一个平面中的磁体的旋转。但是当植入体被置于身体内的矢状平面定向中（与听觉植入体相同）并且具有病人的标准MRI检查位置（即，在仰卧位置，并且头部保持正直）时，植入体附接磁体可以在闭合MR扫描器（具有水平主磁场）以及在开放MR扫描器（主磁场在垂直方向上）两者中与静态磁场良好地对准。

根据本发明的实施例的附接磁体提供了纤细的轮廓，这对于高达并且超过3特斯拉的MRI场强是安全的，而不必通过外科手术来取出植入体磁体。替代地，在一些实施例中，植入体附接磁体可以被适配来如果期望则能够通过微小的外科手术从植入体线圈壳体被暂时取出，以减小MRI幻影。

与球形设计附接磁体相反，本发明的线圈壳体可以具有平坦的底部，使得不必在装置的植入期间向骨头内钻出凹陷部分。这使得这样的磁体设计特别良好地适合于对幼童的植入。而且，其中存在在植入部分中的较大磁体和在外部部分中的较小磁体的实施例可以同样是有效的，并且反之亦然。并且，由于不同的磁化方向，预期MR成像幻影可能较之于例如在内外方向（medial direction）上较少延伸的传统植入体磁体较小。

与具有轴向磁化的传统磁体盘磁体概念作比较，本发明的实施例在两个磁极上具有吸引力，并且，由施加在每一个磁体的两个磁极处的两个力引起吸引。结果是，在外部附接磁体和植入体附接磁体之间的剪切力在两个磁体的磁化轴方向上较高。通过转动外部附接磁体以在植入体（例如，垂直磁轴）上获得最佳的定向，可以获得外部部分的较好的磁附接。在这样的布置中，外部附接磁体也在植入体附接磁体上停留就位，即使响应于小的机械冲击，也具有较小的横向位移。本实施例也具有比具有轴向磁化的两个传统磁体更好的（更浅的）相对于距离的力图。如果吸引力在两个附接磁体之间的距离上不大幅度改变，则可能是有益的。

对于其中植入体附接磁体被定向在冠状平面中的标准仰卧病人位置，在此所述的附接磁体的实施例可以仅与在闭合的MR扫描器中的静态磁场良好地对准，而在轴向定向上的这样的植入体磁体仅与在具有垂直磁场的开放扫描器中的静态磁场对准。当仅具有一个自由度的植入体磁体不能与外部磁场足够良好地对准时，被施加到植入体的扭矩可以保持相对高。

虽然已经公开了本发明的各个示例性实施例，但是对于本领域内的技术人员应当显然，可以在不偏离本发明的真实范围的情况下，进行实现本发明的一些优点的各种改变和修改。

Claims (17)

1.一种用于受体病人的可植入系统的磁装置，所述磁装置包括：

平坦的线圈壳体，其包含用于植入体通信信号的经皮通信的信号线圈；

第一附接磁体，其位于线圈壳体的平面内，在其中可旋转，并且具有与所述线圈壳体的平面平行的磁偶极子，用于与对应的第二附接磁体的经皮磁相互作用。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

至少一个磁聚焦导引器，其在壳体内与所述第一附接磁体相邻处，并且经皮地引导所述磁场，以增大在所述第一附接磁体和第二附接磁体之间的磁吸引力。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附接磁体的至少一个具有平面盘形状。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附接磁体的至少一个具有矩形梁形状。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附接磁体的至少一个具有圆柱梁形状。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附接磁体的至少一个具有被切过的盘形状。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述附接磁体的至少一个包括一对互补圆柱附接磁体。

8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：

磁通量引导器，其连接所述一对互补圆柱附接磁体。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线圈壳体是用于在所述病人的皮肤下植入的植入体线圈壳体，并且其中，所述信号线圈是接收器线圈。

10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：

在壳体内的植入体信号处理器，用于处理所述植入体通信信号；以及

磁开关，其在所述线圈壳体内，并且与所述第一附接磁体进行磁相互作用，以便根据所述第一附接磁体的磁定向来影响信号处理器的操作。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一附接磁体被适配来响应于外部磁场在所述线圈壳体内旋转。

12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：

润滑涂层，其覆盖所述第一附接磁体的至少一部分，并且减小在所述第一附接磁体和所述线圈壳体之间的摩擦，以促进所述第一附接磁体的旋转。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线圈壳体是外部线圈壳体，用于设置在所述病人的皮肤上，并且其中，所述信号线圈是发射器线圈。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可植入系统是耳蜗植入体系统。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可植入系统是中耳植入体系统。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可植入系统是前庭植入体系统。

17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可植入系统是喉部起搏器植入体系统。

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