CN110583029B - Mri安全性和力被优化的植入物磁体系统 - Google Patents

Mri安全性和力被优化的植入物磁体系统 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于可植入医疗装置的磁体布置结构。植入物磁体具有改进的盘形状，并且能够响应于外部磁场而围绕主中心旋转轴线旋转。该植入物磁体形状具有至少一个这样的截面图：其中圆柱直径对应于水平坐标轴，中心对称轴线对应于竖直坐标轴，端面之间的高度在所述中心对称轴线处最大，并且端面之间的高度从所述中心对称轴线沿着圆柱直径朝向外圆周逐渐减小，以限定相对于水平坐标轴的次级偏转角度，使得该植入物磁体能够响应于外部磁场而围绕次级偏转轴线在次级偏转角度内偏转，该次级偏转轴线由垂直于所述截面图的圆柱体直径限定。

Description

MRI安全性和力被优化的植入物磁体系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月24日提交的美国临时专利申请62/488,932的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及可植入的听力装置，例如耳蜗植入物，更具体地，涉及这种装置中的可植入磁体。
背景技术
一些听力植入物，例如中耳植入物(MEI's)和耳蜗植入物(CI's)，采用了位于该植入物和外部部件中的相协作的附接磁体，以将外部部件在该植入物上固持在位。例如，如图1中所示，典型的听力植入物系统可以包括外部发射器壳体101，该外部发射器壳体101容纳发射线圈107和外部附接磁体105。外部附接磁体105具有常规的圆柱形盘形状和南北磁偶极子，如图所示，该南北磁偶极子具有与患者的皮肤103垂直的轴线。对应的接收器组件被植入在患者的皮肤下方，该接收器组件具有类似的接收线圈108和植入物磁体106。植入物磁体106也具有圆柱形盘形状和南北磁偶极子，如图所示，该南北磁偶极子具有与患者的皮肤垂直的磁轴线。内部接收器壳体102通过外科手术被植入并且在患者的体内固定到位。外部发射器壳体101放置在覆盖内部接收器壳体102的皮肤上的适当位置，并通过磁体105和106之间(因此，通过内部磁力线和外部磁力线之间)的相互作用而被固持到位。来自发射线圈107的Rf信号将数据和/或电力耦合到与所植入的处理器模块(未示出)通信的接收线圈108。
典型的听力植入物在患者接受磁共振成像(MRI)检查时(如图1中所示)出现了一个问题。在植入物磁体和为MRI施加的外部磁场之间发生了相互作用。如图2中所示，植入物磁体202的磁偶极子
Figure GDA0002889060340000021
的方向基本上垂直于患者的皮肤。在本示例中，来自MRI的强静态磁场
Figure GDA0002889060340000022
在植入物磁体202上产生扭矩
Figure GDA0002889060340000023
该扭矩可能使植入物磁体202或整个植入物壳体201移位而脱离适当位置。特别是，这可能损坏植入物或患者的邻近组织104。另外，来自MRI的外部磁场
Figure GDA0002889060340000024
可能减小、移除或反转植入物磁体202的磁偶极子
Figure GDA0002889060340000025
使得它可能不再能够或不再足以将外部发射器壳体固持在适当位置。在MRI磁场强度超过1.5特斯拉的情况下，作用在植入物磁体上的扭矩和力以及植入物磁体的退磁尤其成问题。
因此，对于具有磁体布置结构的现有植入物系统，通常要么不允许进行MRI，要么最多将MRI的使用限制为较低磁场强度。其它现有的解决方案包括使用可通过外科手术移除的磁体、球形植入物磁体(例如，美国专利7,566,296)和各种环形磁体设计(例如，美国专利公开2011/0022120)。
美国专利8,634,909描述了具有径向磁化的植入物磁体，其中磁轴线平行于盘形植入物磁体的端面——即垂直于盘形植入物磁体的常规磁轴线。该磁体然后被固持在容座中，该容座允许磁体响应于诸如来自MRI的外部磁场而绕其中心轴线旋转，以重新对齐并避免产生扭矩。但这种旋转只可能围绕单个轴线(即中心轴线)进行。
图3示出了具有双侧听力植入物301的患者的头部，该双侧听力植入物在存在典型的MRI扫描磁场B0(该磁场沿着患者的纵向轴线对齐)的情况下具有这样的植入物磁体。如图3中所示，听力植入物301的磁化轴线相对于磁场
Figure GDA0002889060340000026
成一定的相对角度αB，这可能在听力植入物301上产生不希望的扭矩。该相对角度αB取决于个体患者的身体解剖结构和精确的植入物位置，例如在患者的头骨上的位置。
图4更详细地示出了具有与皮肤平行的磁偶极子
Figure GDA0002889060340000031
的植入物磁体401的几何形状、以及沿着纵向对称轴线对齐的MRI扫描磁场
Figure GDA0002889060340000032
植入物磁体401的圆柱盘形状具有高度h和直径
Figure GDA0002889060340000033
取决于该植入物在患者体内的具体取向，在植入物磁体401的磁偶极子
Figure GDA0002889060340000034
的方向与静磁场
Figure GDA0002889060340000035
之间将存在相对角度αB。当植入物磁体401可围绕其圆柱轴线402旋转时，相对角度αB也保持不变，例如美国专利8,634,909中所描述的。该相对角度αB导致植入物磁体401上的扭矩力，其中扭矩为
Figure GDA0002889060340000036
并且在刚性结构的圆周处的力为
Figure GDA0002889060340000037
其中D是包围该植入物磁体401的刚性结构的距离或直径。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于听力植入物装置的磁体布置结构。可植入磁体具有改进的盘形状，该盘形状具有主中心旋转轴线、圆柱高度、直径、外圆周和两个相反的端面。该植入物磁体形状具有至少一个这样的截面图：其中所述主中心旋转轴线被限定在该磁体系统的高度最大的位置处，并且，垂直于该截面视图的轴线限定了次级偏转轴线。该磁体形状能够响应于外部磁场而围绕所述主中心旋转轴线旋转。该植入物磁体形状具有至少一个这样的截面图：其中所述圆柱直径对应于水平坐标轴，所述主中心旋转轴线对应于竖直坐标轴，并且所述高度在所述端面之间是最大的。在所述端面之间的所述高度从主中心旋转轴线沿着所述圆柱直径朝向外圆周逐渐减小，以限定相对于水平坐标轴的次级偏转角度，使得该植入物磁体能够响应于外部磁场而围绕次级偏转轴线在次级偏转角度内偏转，该次级偏转轴线由垂直于该至少一个截面图的圆柱体直径限定。
在另外的特定实施例中，还可以存在磁体壳体，该磁体壳体围成了容纳植入物磁体的圆柱形内部容积。该植入物磁体则被构造成牢固地装配在该内部容积内，以便允许围绕主旋转轴线自由地对准外部磁场，如围绕次级偏转轴线的有限局部旋转那样。在这样的实施例中，该内部容积可以容纳包围植入物磁体的阻尼油和/或至少一个铁磁畴，该至少一个铁磁畴允许实现该植入物磁体在本实施例中的磁性固定。该植入物磁体可包括一个或多个低摩擦接触表面，该一个或多个低摩擦接触表面被构造成将该植入物磁体连接到磁体壳体。
所述至少一个截面图可以确切地是一个截面图，或者所述至少一个截面图可以是每一个其中圆柱直径对应于水平坐标轴且主中心旋转轴线对应于竖直坐标轴的截面图。
本发明的实施例还包括一种听力植入物系统，其包含根据前述任一项的磁体布置结构。
附图说明
图1示出了典型的耳蜗植入物系统的多个部分、以及植入物磁体和外部固持磁体之间的磁性相互作用。
图2示出了在植入物磁体和为MRI系统所施加的外部磁场之间可能发生的力相互作用。
图3是在存在典型的MRI扫描磁场的情况下、具有双侧耳蜗植入物的患者的头部。
图4示出了具有与皮肤平行的磁偶极子的植入物磁体的几何形状和MRI扫描磁场。
图5示出了根据本发明的实施例的、改进的盘形植入物磁体的截面图几何形状。
图6示出了被包围在磁体壳体内的植入物磁体的截面图。
图7示出了在MRI扫描磁场中的、根据图6的植入物磁体布置结构的几何形状。
图8A至图8B示出了根据本发明的实施例的、旋转对称的和非旋转对称的植入物磁体的高视角立体图。
图9示出了根据本发明的实施例的、具有摩擦减小表面(friction-reducingsurfaces)的植入物磁体布置结构的截面图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及一种改进的植入物磁体，它能够在具有给定的磁化强度或磁体强度的MRI期间实现较低的机械力。本发明的植入物磁体具有围绕次级偏转轴线的有限的偏转旋转，以减小由MRI扫描仪中的静磁场
Figure GDA0002889060340000051
产生的扭矩。这进而允许在MRI期间以相同的机械扭矩使用更强的植入物磁体。
图5示出了根据本发明的一个实施例的植入物磁体501的截面图几何形状，其具有主中心旋转轴线502、圆柱高度507和圆柱直径503，外圆周504和两个相反的端面505。植入物磁体501能够响应于外部磁场
Figure GDA0002889060340000052
而绕主中心旋转轴线502旋转。并且，植入物磁体501的形状具有至少一个如图5中所示的截面图，其中圆柱直径503对应于水平坐标轴，主中心旋转轴线502对应于竖直坐标轴。植入物磁体501的端面505之间的高度507在主中心旋转轴线502处最大，并且从主中心旋转轴线502沿着圆柱直径503朝向外圆周504逐渐减小。
图6示出了具有磁体壳体601的又一特定实施例的截面图，该磁体壳体601围成了容纳植入物磁体501的圆柱形内部容积602。植入物磁体501被构造成牢固地装配在内部容积602内，以便能够围绕主中心旋转轴线502和次级偏转轴线506自由旋转。在这样的实施例中，内部容积602可以包含包围该植入物磁体501的阻尼油(以减少响动噪声)。
植入物磁体501的几何形状限定了相对于水平坐标轴的次级偏转角度αB，使得植入物磁体501能够响应于外部磁场
Figure GDA0002889060340000053
(如图7中所示)而围绕次级偏转轴线506(该次级偏转轴线506垂直于该至少一个截面图)在次级偏转角度αB内偏转，直到由于端面505压靠在磁体壳体601的内表面上而阻止进一步的次级旋转为止，如图7中所示。
图8A至图8B示出了根据本发明的实施例的植入物磁体801的两种不同形状处理的高视角立体图。图8A中所示的植入物磁体801是旋转对称的。盘形植入物磁体801的顶部和底部上的端面形成两个以主中心旋转轴线802为中心的圆锥体，倒角半径(chamferradius)为磁体高度的一半。穿过所述端面的每个截面图将使得所述高度在主中心旋转轴线802的中心处最大，并且径向向外朝着外圆周逐渐减小。为了能够围绕次级偏转轴线806进行次级偏转，圆柱直径的边缘被倒角，倒角半径是直径的一半。在这种旋转对称的植入物磁体801中，每个方向上的径向磁化垂直于主旋转轴线802。
图8B中所示的植入物磁体801是非旋转对称设计，在圆柱形植入物磁体801的顶部和底部上具有倒圆的坝状设计，并且倒角半径与图8A的对称设计中相同。对于这种非旋转对称的形状，磁偶极子
Figure GDA0002889060340000061
的方向必须垂直于次级偏转轴线806，该次级偏转轴线806又平行于所述坝状形状的顶部线和底部线。在本实施例中，应理解的是，仅存在单个这样的截面图：其中磁体高度在主中心旋转轴线802处最大，并且径向向外朝着外圆周逐渐减小。
图9示出了另一特定实施例的截面图，其中植入物磁体901包括一个或多个低摩擦接触表面902(例如由钛制成)，该一个或多个低摩擦接触表面902被构造成将植入物磁体901连接到磁体壳体，例如在对称中心轴线处和/或在外圆周处连接。
尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不偏离本发明的真实范围的情况下，可以进行各种修改和变型，这些修改和变型将实现本发明的一些优点。

Claims (10)

1.一种用于可植入听力装置的磁体布置结构，所述布置结构包括：
植入物磁体，所述植入物磁体是可植入的并且具有改进的盘形状，所述盘形状具有主中心旋转轴线、圆柱高度和圆柱直径、外圆周以及两个相反的端面；
其中，所述植入物磁体能够响应于外部磁场而围绕所述主中心旋转轴线旋转，并且
其中，所述植入物磁体的形状具有至少一个截面图，在所述至少一个截面图中：
i.所述圆柱直径对应于水平坐标轴，
ii.所述主中心旋转轴线对应于竖直坐标轴，
iii.所述端面之间的高度在所述主中心旋转轴线处最大，并且
iv.所述端面之间的高度从所述主中心旋转轴线沿着所述圆柱直径朝向所述外圆周逐渐减小，以限定相对于所述水平坐标轴的次级偏转角度，使得所述植入物磁体能够响应于所述外部磁场而围绕次级偏转轴线在所述次级偏转角度内偏转，所述次级偏转轴线由垂直于所述至少一个截面图的圆柱体直径限定。
2.根据权利要求1所述的磁体布置结构，还包括：
磁体壳体，所述磁体壳体围成了容纳所述植入物磁体的圆柱形内部容积，其中，所述植入物磁体被构造成牢固地装配在所述内部容积内，以便能够围绕所述主中心旋转轴线和围绕所述次级偏转轴线自由地旋转。
3.根据权利要求2所述的磁体布置结构，其中，所述内部容积容纳包围所述植入物磁体的阻尼油。
4.根据权利要求2所述的磁体布置结构，其中，所述内部容积包含包围所述植入物磁体的至少一个铁磁畴。
5.根据权利要求2所述的磁体布置结构，其中，所述植入物磁体包括一个或多个低摩擦接触表面，所述一个或多个低摩擦接触表面被构造成将所述植入物磁体连接到所述磁体壳体。
6.根据权利要求5所述的磁体布置结构，其中，所述一个或多个接触表面位于对称中心轴线处。
7.根据权利要求5所述的磁体布置结构，其中，所述一个或多个接触表面位于所述外圆周处。
8.根据权利要求1所述的磁体布置结构，其中，所述至少一个截面图确切地是一个截面图，因此是几何非旋转对称设计。
9.根据权利要求1所述的磁体布置结构，其中，所述至少一个截面图是每一个其中所述圆柱直径对应于水平坐标轴且所述主中心旋转轴线对应于竖直坐标轴的截面图，因此是几何旋转对称设计。
10.一种听力植入物系统，所述听力植入物系统包括根据权利要求1-9中的任一项所述的磁体布置结构。
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