KR101610567B1

KR101610567B1 - Mr 능동형 추적 시스템

Info

Publication number: KR101610567B1
Application number: KR1020147019499A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 알 웨단; 토마스 더블유 로이드; 그레그 에스 스텐젤
Original assignee: 임리코 메디컬 시스템즈 인코포레이티드
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CA2860846A1; WO2013090577A1; US20140132267A1; AU2012352197A1; CN105228520B; CA2860846C; CN105228520A; HK1200684A1; KR20140098855A; AU2012352197B2; EP2790577B1; EP2790577A4; EP2790577A1

Abstract

종래의 통신선 및 신호선 도전체의 발열 문제를 해결한 능동형 추적 시스템이 제공된다. 능동형 추적 시스템은 적어도 하나의 능동형 추적 코일과, 능동형 추적 코일에 인접한 적어도 하나의 집적 회로와, 추적 수신기와, 수신한 신호를 추적 수신기에 전송하도록 구성된 제 1 MR 안전 수단과, 하나 이상의 신호를 추적 수신기로부터 코일의 집적 회로에 통신하도록 구성된 제 2 MR 안전 수단을 포함한다. 추적 수신기에서 요구되는 처리의 양을 감소시켜서 추적 코일 위치로부터 추적 수신기로 지나는 신호가 MR 이미징 신호와 간섭할 가능성을 감소시키도록, 집적 회로는 주파수 추정기 및 추적 코일 위치의 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수도 있다.

Description

MR 능동형 추적 시스템{MR ACTIVE TRACKING SYSTEM}

본 발명은 자기 공명 이미징(MRI) 환경에서 사용되는 의료 장비에 관한 것이고, 상세하게는 의료 장비 내에서 코일의 위치를 추적하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

MRI는 진단 이미징 모델리티(diagnostic imaging modality)로서 그리고 나아가 인터벤션 이미징 모델리티로서 명성을 얻어 왔다. X-레이와 같은 다른 이미징 모델리티에 비한 MRI의 큰 이점은, 연조직 이미징이 우수하다는 점 및 X-레이에 의해 발생되는 전리 방사선에 환자가 노출되는 것을 방지한다는 점이다. MRI의 우수한 연조직 이미징 성능은, 진단 이미징에 있어서 상당한 임상적인 이점을 제공해 왔다. 유사하게, 가이던스를 위해서 종래에 X 레이 영상을 사용하던 인터벤션 과정은, MRI의 연조직 이미징 성능의 이점을 크게 취하고 있다. 나아가, MRI 가이던스에 의해서, 종래의 X-레이 가이드되는 인터벤션 과정과 관련된 전리 방사선에 중요한 환자가 노출되는 일이 없어진다.

MRI는, 큰 정적 자기 필드, 시변형 자기 경사 필드 및 RF(radiofrequency) 전자기 필드의 3개의 필드를 이용해서 환자 신체(patient anatomy)를 이미징한다. 정적 자기 필드 및 시변형 자기 경사 필드가 함께 작용해서 정적 자기 필드와의 양자 정렬을 성립시키고, 환자 내에서 공간 의존형의 양자 회전 주파수(공명 주파수)도 성립시킨다. 공진 주파수로 인가되는 RF 필드는 초기 정렬을 방해하고, 그 결과 양자가 그 초기 정렬로 릴렉스될 때, 이 릴렉스 이벤트로부터 방출된 RF가 검출되고 처리되어서 이미지를 만들게 될 수 있다.

MRI와 관련된 3개의 필드 각각에는, 의료 장비가 외부적으로 혹은 내부적으로 환자 조직에 근접 혹은 접촉할 때, 환자에 대한 안전상의 위험이 존재한다. 한가지 중요한 안전상의 위험은, 특히 카테터(catheters), 시스(sheath), 가이드와이어(guidewires), 스텐트 혹은 밸브 전달 시스템, ICD 리드, 심박 조율기 리드, 신경 자극 장치 리드(neurostimulator leads) 등에서의 전송선과 같은 도전성 구조체가 긴 의료 장비에서의, MRI 스캐너의 RF 필드와 의료 장비 사이의 상호 작용에 의해서 발생할 수 있는 발열(RF-유도된 발열)이다.

인터벤션 과정을 가이드하기 위한 X 레이 이미징의 대안으로서 다양한 MRI 기술이 개발되고 있다. 예컨대, 인터벤션 과정 동안 환자 신체에 의료 장비가 진행될 때, 의료 장비가 목표 영역으로 적절하게 전달될 수 있도록 그 진행이 추적될 수 있다. 일단 목표 영역으로 전달되면, 테라피의 전달을 향상시키도록 장비와 환자 조직이 모니터될 수 있다. 따라서, 인터벤션 과정에서 의료 장비의 위치를 추적하는 것은 유용하다. 예시적인 인터벤션 과정은 예컨대, 부정맥 진단을 위한 진단 과정, 및 심방세동 애블레이션, 심실 빈맥 애블레이션, 심박 조동 애블레이션, 울프-파킨슨-화이트 증후군 애블레이션, AV 노드 애블레이션, SVT 애블레이션 등과 같은 애블레이션 과정을 포함한, 심장 전기 생리학 과정을 포함한다. MRI를 이용해서 의료 장비의 위치를 추적하는 것은 또한, 신장 신경 제거 애블레이션 과정에서, 및 유방, 간 및 전립선 종양 애블레이션과 같은 종양 과정에서는 물론, 자궁 근종 및 전립선 비대증 애블레이션과 같은 비뇨기과 과정, 및 뇌신경 자극술 및 뇌심부 자극술과 같은 신경학 과정에서 유용하다. 따라서, 인터벤션 MRI 분야가 성장하고, 더 많은 환자가 MR 환경에서 카테터 삽입되는 것에 따라서, MRI 환경에서 안전한 장치에 대한 요구가 증가하고 있다.

MRI 환경에서, 전송선과 관련된 RF로 유도된 발열에 대한 안전상의 위험은, RF 필드와 긴 도전체가 연결됨으로써 발생된다. 이 경우, 몇 가지 발열 관련 조건이 존재한다.

한 가지 조건은, RF로 유도된 전류가 긴 도전체 내에 있으면서 연장된 도전체 자체 및/또는 연장된 도전체에 접속된 구성 요소에 오믹 발열을 발생시키고, 이렇게 발생된 열이 환자에게 전달될 수 있는 것이다. 이 경우, 긴 도전체에 있는 RF로 유도된 전류를 감소시키는 것 및 접속된 구성 요소로 전달되는 전류를 제한하는 것이 모두 중요하다. 다른 조건은 긴 도전체 내의 RF 전류가 조직과 접촉하는 도전성 구조체에 연결되는 것이다. 이러한 상황에서, 긴 도전체에 유도된 RF 전류는, 긴 도전체와의 직접적인 전기 접촉이 아닌 도전성 구조체를 통해서 조직에 전달될 수 있고, 이로써 조직에 높은 전류 밀도 발생시키고 관련된 주울 혹은 오믹 조직 발열을 발생시키게 된다. 또한, 긴 도체가 조직에 접촉중인 회로에 접속되면, 유도된 전류가 조직에 직접 주입되어서, 조직에 높은 전류 밀도를 발생시키고, 관련된 주울 혹은 오믹 조직 열을 발생시킬 수 있다. 마지막으로, 긴 도전체에서 RF 유도된 전류는, RF 에너지의 부근 조직에서의 국부적인 특수한 흡수를 증가시킬 수 있으며, 이로써 조직의 온도를 증가시킬 수 있다. 상술한 상황은 유전 발열(dielectric heating)이라고도 한다. 유전 발열은 조직에 대한 열 접촉 혹은 전기 접촉이 존재하지 않는 경우에도 발생할 수 있다.

MRI 환경에서 사용되는 많은 장비는, 장비 상에 혹은 그 내부에 구현된 하나 이상의 '추적 코일'의 위치를 능동적으로 추적하면, 이득을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 추적 시스템에서는 동축 케이블, 트위스트 페어선, 3축 케이블 등과 같은 전송선을 사용할 필요가 있고, 이는 긴 도전체로서 상술한 위험을 일으킨다.

일반적으로, MRI 환경에서 장비의 위치를 추적하기 위해서는, 도 1에 도시된 것과 같은 추적 시스템이 사용되었다. 추적 코일은 와이어 혹은 회로 기판 트레이스를 통해서 MR 신호를 수신한다. 이후, 튜닝 회로는 추적 코일을 관심 MR 주파수로 튜닝한다. 매칭 네트워크는 튜닝된 추적 코일을 전송선으로 매칭시킨다. 전송선은 MR 신호를 장비로부터 추적 수신기로 전달한다. 추적 수신기는 MR 신호를 수신하고 처리해서, 추적 코일의 위치를 결정한다. 추적 수신기는 전형적으로, 수신한 신호의 주파수 내용으로부터 추적 코일의 위치를 결정하기 위해서, 저잡음 증폭기, 주파수 다운-변환기, 아날로그-디지털 변환기 및 소프트웨어를 포함하고 있다. 추적 수신기는, (다양한 회로를 거쳐서) 추적 코일에 접속된 임의의 서브시스템을 나타내는데 사용되는 일반적인 용어이다. 그러나, 당업자라면, 추적되는 장비의 일부가 아니라는 점을 이해할 것이다.

최근, 추적 시스템은 상기 설명한 구성 요소 중 일부를 추적 수신기로부터 추척 코일 위치로 이동시키는 것으로 발전했다. 이러한 변형을 통해서 매칭 네트워크 및 전송선을 포함한 일부 구성 요소는 불필요하게 되었고, 그 결과 전송선에서의 손실이 감소하고, 신호의 잡음이 감소되었으며, 추적 시스템 전체에서 신호대 잡음비가 잠재적으로 증가했다. 설명의 목적으로, 이러한 시스템을 "코일의 IC(IC at Coil)" 추적 시스템이라고 부르며, 이는 이러한 시스템이 추적 코일에 인접해서 집적 회로를 위치시키는 것을 포함하기 때문이다.

그러나, 코일의 IC 추적 시스템에서도, 발열, 및 환자 안정을 위협하는 문제는 여전히 존재한다. 수신해서 다운-변환된 신호를 추적 수신기에 통신하는데 사용되는 와이어가 여전히, 상기 설명한 RF 발열 문제를 일으킬 수 있다. 나아가, 코일의 IC 추적 시스템을 구현하는 현재의 시도에서는, 추적 수신기로부터 코일의 IC에 접속된 와이어를 필요로 한다. 이러한 와이어는 전력, 접지 및 주파수 기준 신호(다운-변환 처리에 사용됨)를 제공한다. 이들 모든 도체는 RF 환경에서 RF 발열 위험을 발생시킨다.

또한, 주파수 측정(전형적으로 수신한 MR 신호에서 평균 주파수를 산출하는 것을 의미)이 추적 코일 위치에서 수행될 수 있는 경우에는, 추적 코일 위치로부터 추적 수신기로 통신되는데 필요한 정보의 양이 최소화될 수 있으며, 이로써 MR 시스템과 신호 간섭의 가능성을 감소시킬 수 있다. 이는 추적 수신기의 복잡성을 감소시킨다는 이점이 있을 것이다.

따라서, 환자 안전을 위협하는 RF 발열을 충분히 최소화시키며 나아가 추적 수신기의 복잡성을 감소시키는 추적 시스템이 요구된다.

본 발명은 전송선이 제거된 코일의 IC 추적 시스템으로 상기 요구 조건을 해결한다. 전송선은, 동축 케이블, 스트립라인, 3축 케이블, 트위스트 페어 등과 같이, 도전성 표면으로 이루어진 것으로 정의한다. 따라서, 여기서 정의되는 "전송선"은 광섬유 케이블 혹은 전기적으로 도전성이 아닌 다른 케이블을 포함하지 않는다.

기존 전송선 및 신호선 도체의 발열 문제를 해결한, 추적 시스템의 신규한 구성을 설명한다. 장치의 추적 코일 위치에서 특정 구성 요소를 일체화시킴으로써, 발열 위험이 있는 고주파 전송선이 MR 안전 도체 혹은 광섬유로 대체될 수 있다. 나아가, 본 발명은 추적 코일 위치에서 추가 신호 처리(주파수 추정, 아날로그-디지털 변환 등)를 수행해서, 추적 수신기에서 요구되는 처리의 양을 감소시켜서 추적 코일 위치로부터 추적 수신기로 지나는 신호가 MR 이미징 신호와 간섭할 가능성을 감소시키는, 신규한 구성이다.

본 발명에 따른 추적 시스템은 수신되고 다운-변환된 MR 신호를 추적 수신기에, MR에서 안전하게 통신하는 다수의 수단을 개시한다.

본 발명은 이러한 장치에 MR에서 안전하게 전력을 공급하는 다수의 수단을 포함한다.

본 발명은 또한 다운-변환을 위해서 필요한 기준 주파수를 제공 혹은 생성하는 다수의 수단을 더 포함한다.

본 발명은 추적 코일 위치에서 메인 주파수 추정을 수행하는 다수의 수단을 더 포함한다.

본 발명은, 추적 코일 위치에서의 아날로그-디지털 변환 혹은 직접 주파수 추정을 수행함으로써 다운-변환을 제거하는 다수의 수단을 더 포함한다.

본 발명은 다수의 추적 코일을 더 포함하고, 각각의 추적 코일은 대응하는 IC 및 통신선에 연결된다.

본 발명은 다수의 추적 코일을 더 포함하고, 각각의 추적 코일은 하나의 통신선으로 하나의 IC에 연결된다.

본 발명은 다수의 추적 코일을 더 포함하고, 각각의 추적 코일은 하나의 통신선으로 하나의 IC에 연결되며, IC는 다수의 통신 신호를 하나의 전송선을 전달하는 멀티플렉싱과 같은 방법을 포함한다.

일 예시적인 실시예에서, 능동형 추적 시스템은 적어도 하나의 능동형 추적 코일과, 능동형 추적 코일에 인접한 적어도 하나의 집적 회로와, 추적 수신기와, 수신한 신호를 추적 수신기에 전송하도록 구성된 제 1 MR 안전 수단과, 하나 이상의 신호를 추적 수신기로부터 코일의 집적 회로에 통신하도록 구성된 제 2 MR 안전 수단을 포함한다. 추적 수신기에서 요구되는 처리의 양을 감소시켜서 추적 코일 위치로부터 추적 수신기로 지나는 신호가 MR 이미징 신호와 간섭할 가능성을 감소시키도록, 집적 회로는 주파수 추정기 및 추적 코일 위치의 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수도 있다.

도 1은 RF 전송선으로 연결된 종래의 추적 코일 및 추적 수신기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 MR 능동형 추적 시스템의 일 측면을 나타내는 도면이다.
도 3은 코일의 IC에 주파수 추정기 회로가 배치된, 본 발명에 따른 MR 능동형 추적 시스템의 다른 측면을 나타내는 도면이다.
도 4는 코일의 IC에 아날로그-디지털 변환기가 배치된, 본 발명에 따른 MR 능동형 추적 시스템의 또 다른 측면을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 코일의 IC에서 기준 주파수 신호가 생성되는, 본 발명에 따른 MR 능동형 추적 시스템의 대안의 측면을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 코일의 IC에 전력이 공급되는 MR 능동형 추적 시스템의 대안의 측면을 나타내는 도면이다.
도 7은 피추적 장치에 무선 모듈이 포함될 수 있는 MR 능동형 추적 시스템의 또 다른 측면을 나타내는 도면이다.
도 8은 비공진 필터가, 코일의 IC에 인접한 선택적인 공진 LC 필터와 이격되어 위치되는 관계로, 와이어를 따라서 분산되는, MR 부합형 인덕티브 케이블을 나타내는 도면이다.
도 9는 와이어의 길이 방향을 따라서 분산된 비공진 필터를 형성하는 예시적인 MR 부합형 컨덕티브 케이블의 단면도로, 각각의 와이어가 코일의 IC에 인접한 선택적인 공진 LC 필터를 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9a의 비공진 필터 및 선택적인 공진 LC 필터의 상세도이다.
도 11은 하나의 와이어로 형성된 다수의 비공진 인덕터가 서로 그룹화되어서 와이어를 따라서 분산되어 있고, 또한 코일의 IC에 인접한 선택적인 공진 LC 필터를 형성하는 인덕티브 케이블을 나타내는 도면이다.
도 12는 코일의 IC에 인접한 선택적인 공진 LC 필터를 갖고 있으며, 예시적인 인덕티브 케이블 내에 위치된 코래디얼 방식으로 권회된 와이어의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 MR 능동형 추적 시스템(10)은, 능동형 추적 코일(12)을 포함하는 코일의 IC, 능동형 추적 코일에 인접해서 위치된 집적 회로(14), 수신해서 다운-변환된 MR 신호를 추적 수신기(20)에 안전하게 통신하는 수단(16), 기준 주파수, 전력 및 접지를 추적 수신기로부터 IC로 통신하는 수단을 포함하고 있다.

본 발명의 일 측면에 따라서, 추적 코일(12)은 회로 기판 상의 트레이스, 코일링된 와이어, 및/또는 쌍극자를 포함할 수 있다. 능동형 추적 코일에 인접해서 위치된 집적 회로(14)는 저잡음 증폭기, 주파수 다운-변환기(24), 신호 전송 스테이지 및/또는 지원 하드웨어를 포함할 수 있다. 추적 수신기와 코일의 IC 사이에서 통신하는 수단은, 이하 설명하는 바와 같이 적어도 하나의 비공진 필터를 이루는 와이어, 고저항 와이어, 광섬유 케이블 및/또는 이들을 전송되는 신호의 수에 따라서 조합한 것을 포함하는 케이블 구조체(16)를 포함한다. 예컨대, 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서는 2개의 와이어가 케이블(16)로 수신된다. 적어도 하나의 비공진 필터를 이루는 와이어 혹은 도전성 경로는, 옵션적으로는 적어도 하나의 공진 LC 필터를 포함할 수 있다. 공진 LC 필터는 대부분 항상 코일의 IC에 인접해서 위치되지만, 공진 LC 필터는 추적 수신기에 인접해서 위치될 수도 있다. 또한, 공진 LC 필터는, 코일의 IC에 인접하거나, 추적 수신기에 인접하거나 혹은 이들 모두에 에 인접해서 위치된 복수의 공진 LC 필터를 포함할 수 있다.

수신해서 다운-변환된 MR 신호를 추적 수신기로 통신하는 와이어는, 고저항 와이어 혹은 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. 통신 수단이 광섬유 케이블을 포함하는 경우에는, 코일의 IC(11)는 광섬유 구동 회로 및 임의의 필요한 지원 하드웨어(예컨대, 변조기)를 포함할 수 있다. 나아가, 광섬유 케이블이 사용되는 경우에는, 광전 트랜스듀서 회로가 코일의 IC에서 사용된다. 추적 수신기(20)로부터 코일의 IC(11)로 기준 주파수를 통신하는 수단은 또한, 수신해서 다운-변환된 MR 신호를 추적 수신기로 안전하게 통신하는 수단을 참조로 상기 설명한 구성 요소들을 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 측면은, 주파수 정보가 MR 안전 수단(16)을 거쳐서 코일의 IC(11)로부터 추적 수신기(20)로 전달되게 되도록, 코일의 IC(11)에 주파수 추정기 회로(26)를 배치하는 것을 포함하고, MR 안전 수단(16)은 고저항 와이어, 광섬유 케이블(광섬유 구동 회로 및 임의의 요구되는 지원 하드웨어를 포함해서), 혹은 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어를 포함하되, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 선택적으로, 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어 혹은 도전성 경로는, 적어도 하나의 LC 필터를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

도 3을 다시 참조하면, 코일의 IC 상에 주파수 다운-변환기(24)가 도시되어 있지만, 이는 선택적으로 포함될 수 있다. 선택적으로 주파수 다운-변환기(24)가 제거된 경우에는, 기준 주파수 신호를 전송하는 수단(18)은 제거될 수도 있다. 주파수 정보 신호는 주파수를 나타내는 레이트를 가진 전압, 광 코드, 펄스 신호 등이 될 수 있다. 주파수를 추정하는 한가지 방법은, 광 섬유 케이블을 각각 제로 크로스하는 지점에서, 추적 수신기(20)에 광의 펄스를 송신하는 제로-크로싱 회로를 구현하는 것이 될 수 있다. 펄스 사이의 시간을 측정함으로써, 주파수 추정이 수행될 수 있다. 당업자라면 주파수 정보 신호에 따라서는 아날로그-디지털 변환기가 선택적으로 제거될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 상기 제로 크로싱 회로에 아날로그-디지털 변환기가 필요없을 수도 있다.

도 4에는 능동형 추적 시스템(10)의 다른 측면이 도시되어 있고, 이는, 디지털 신호가 MR 안전 수단(16)을 통해서 코일의 IC(11)로부터 추적 수신기(20)로 통신되게 되도록, 코일의 IC(11)에 아날로그-디지털 변환기(ADC)(28)를 배치하는 것을 포함한다. MR 안전 수단은 고저항 와이어, 광섬유 케이블(광섬유 구동 회로 및 임의의 요구되는 지원 하드웨어를 포함해서), 혹은 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 당업자라면, 적어도 하나의 비공진 필터를 포함하거나 형성하는 임의의 도전성 경로가, 본 발명의 범주 내에 들어간다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로는, 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어 혹은 도전성 경로는, 적어도 하나의 공진 LC 필터를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

도 4를 다시 참조하면, 아날로그-디지털 변환기(28)의 ADC 클록 신호(30)는 MR 안전 수단(16)을 거쳐서 추적 수신기(20)로부터 코일의 IC로 통신될 수 있으며, MR 안전 수단은 고저항 와이어, 광섬유 케이블(광섬유 구동 회로 및 임의의 요구되는 지원 하드웨어를 포함해서), 적어도 하나의 비공진 필터(16)를 형성하는 와이어, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 당업자라면, 적어도 하나의 비공진 필터를 포함하거나 형성하는 임의의 도전성 경로가 본 발명의 범주에 들어간다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어 혹은 도전성 경로는 적어도 하나의 공진 LC 필터를 포함할 수 있고, 이에 대해서는 후술한다. 따라서, 일 예시적인 실시예에서, 코일의 IC에 제공되는 전력선은 인덕티브(inductive)이다.

도 4에 도시된 발명은 선택적으로 주파수 다운-변환기(24) 혹은 주파수 추정기(26)를 포함할 수 있다. 주파수 다운-변환기(24)가 제거되는 경우에는, 기준 주파수 신호는 필요없을 수 있으며, 선(18)도 제거될 수 있다. 기준 주파수 신호가 필요한 경우에는 선(18)을 사용해서 ADC 클록 신호(30)를 생성할 수도 있다. 나아가, IC 팁의 주파수 추정기(26)도 선택 사항으로, 이 기능이 도 2에 도시된 바와 같이 추적 수신기(20)에 위치될 수도 있다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 측면(10)이 도시되어 있다. 코일의 IC는 기준 주파수 신호가 코일의 IC에서 생성된다는 점을 제외하면, 다운-변환기, 주파수 추정기 등과 같은 도 2~4에 도시된 구성 요소 중 어느 것이든 포함할 수 있다. 이로써 추적 수신기(20)로부터 기준 주파수 신호를 전달하는 도체가 필요없게 된다. 이는, 도 5a에 도시된 바와 같이 코일의 IC 상에 오실레이터(32) 및 지원 회로를 포함하는 것, 혹은 코일의 IC에서 감지 코일(sense coil)(34) 및 지원 회로를 사용해서 MR 전송 여기 펄스를 샘플링하고, 이 MR 전송 여기 펄스로부터 기준 주파수 신호를 생성하는 것과 같은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 주파수 생성기(36)는 수신한 MR 여기 펄스 반송파를 사용해서 주파수 기준 신호를 생성할 것이다. 감지 코일이 사용되는 경우에는, 감지 코일(34)은 추적 코일을 포함할 수도 있다. 다른 방안으로, 감지 코일(34)은 추적 코일(도시 생략)에 인접해서 위치될 수도 있다. 또 다른 방안으로, 도 5b에 도시된 바와 같이 코일의 IC는 추적 코일과 감지 코일을 모두 포함할 수도 있다. 당업자라면 본 발명이, 각각이 대응하는 IC 및 통신선에 연결되어 있는 복수의 추적 코일을 포함하거나, 혹은 하나의 통신선으로 하나의 IC에 각각이 연결되어 있는 복수의 추적 코일을 포함할 수 있으며, 두 경우 모두 본 발명의 범주에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 당업자라면, 본 발명이 하나의 통신선으로 하나의 IC에 각각 연결되어 있는 복수의 추적 코일을 더 포함할 수 있으며, IC는, 본 발명의 범주를 벗어남없이, 복수의 통신 신호를 하나의 통신선으로 전송하는 멀티플렉싱과 같은 방법을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 코일의 IC는 하나 혹은 2개의 코일을 포함할 수 있다. 하나의 코일이 사용되는 경우에는, 이 코일은 하나의 회로에서 추적 코일과 감지 코일 모두이다. 다른 방안으로, 이 회로는 2개의 회로를 이루도록 분리될 수도 있다. 2개의 코일이 사용되는 경우에는, 감지 코일과 추적 코일의 각각의 코일이 자체의 전용 회로를 가질 수 있다. 감지 코일(34)의 출력은 도 5b에 도시된 바와 같이 선택적으로 저잡음 증폭기(22)에 의해, 혹은 기준 주파수 신호를 생성하기 위한 목적으로 자체 내부 저잡음 증폭기에 의해서 증폭될 수 있다. 그러나, 당업자라면 MR 여기 펄스의 크기가 큰 경우에는 저잡음 증폭기(22)는 선택적으로는 제거될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

당업자에게 자명한 바와 같이, 도 2~5에 도시된 시스템에는 전력이 요구된다. 도 6a를 참조하면, 이 전력이 추적 수신기(20)에 의해 공급되는 경우에는, 이 전력의 경로는, 상술한 바와 같은, 예컨대, 고저항 와이어, 광섬유 케이블 혹은 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어와 같은 MR 안전 접속부를 거쳐서 코일의 IC로 가게 된다. 광섬유 케이블이 사용되는 경우에는, 코일의 IC에서 광전 트랜스듀서 회로가 사용된다. 당업자라면 적어도 하나의 비공진 필터를 포함하거나 형성하는 임의의 도전성 경로가 본 발명의 범주 내에 들어간다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 적어도 하나의 비공진 필터를 형성하는 와이어 혹은 도전성 경로는 적어도 하나의 공진 LC 필터를 포함할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 능동형 추적 시스템의 다른 측면이 도시되어 있다. 코일의 IC 회로용 전력의 소스는 코일의 IC이다. 능동형 추적 시스템(600)은 RFID 응용 분야와 유사하게, 감지 코일(634) 및 전력 생성 회로(당업자에게 공지된 종래의 AC-DC 변환 기법)를 이용해서 MR 전송 여기 펄스로부터 전력을 회수(harvest)함으로써, 코일의 IC(611)의 전력을 생성한다. 이러한 시스템에서, 감지 코일(634)은 추적 코일일 수도 있고, 아닐 수도 있다. 감지 코일(634)은 1.5 Tesla MRI 무선 주파수 신호의 경우에 64MHz를 픽업하고, 혹은 3.0 Tesla MRI 무선 주파수 신호의 경우에 대략 128MHz를 픽업하며, 이는 코일의 IC 회로에 공급될 전력을 생성하는 튜닝 회로(614)를 지나게 된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 다운-변환된 신호 및 기준 주파수 신호는 케이블(616)을 지나며, 이는 다른 실시예에서는 고저항 와이어, 광섬유 케이블, 혹은 비공진 필터와 선택적인 공진 LC 필터를 형성하는 와이어, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 광섬유 케이블이 사용되는 경우에는, 광전 트랜스듀서 회로가 코일의 IC에서 사용된다. MR 안전 와이어가 케이블 구조체(616)에서 사용되면, DC 전압이 최소 손실로 전달된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 측면이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 발명은, 무선을 포함할 수도 있는 추적 수신기(720)와의 무선 통신을 위해서, 피추적 장치의 전단부에 무선 모듈(736)이 포함될 수 있다는 점을 제외하면, 도 2~6에 도시된 발명의 측면 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 무선 모듈(736)은 무선 즉 폴링된(polled) 장치가 될 수 있다. 피추적 장치는 추적 수신기(720)와의 연속 무선 채널을 성립시킬 수도 있고, 추적 수신기에 의해 폴링될 수도 있다. 폴링되는 경우에는, RFID 응용 분야와 유사하게, 폴링 장치에 의해서 전력 공급받을 수도 있고 받지 않을 수도 있다.

상기 실시예는 또한 다수의 추적 코일을 포함할 수 있으며, 각각의 코일은 대응 IC 및 통신선을 갖거나, 혹은 하나의 통신선으로 하나의 IC에 각각이 연결되어 있는 다수의 추적 코일을 갖는다. 당업자라면, 하나의 통신선으로 하나의 코일의 IC에 각각이 연결되어 있는 다수의 추적 코일이, 당업자에게 공지된 멀티플렉싱 등의 방법과 같은, 하나의 선으로 다수의 통신 신호를 전달하는 메커니즘이나 방법을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

이하 도 8~12를 참조하면서, 케이블 구조체(16, 616, 716)에서 혹은 케이블 구조체(16, 616, 716)로서 사용되는 예시적인 인덕티브 케이블을 설명한다. 간략하게 하기 위해서 이하 설명에서는 케이블 구조체를 참조 번호 16으로 표현한다. 그러나, 당업자라면 616 및 716으로 표시된 케이블 구조체가 본 발명의 범주에 들어간다는 것을 이해할 것이다.

도 8은 본 발명의 인덕티브 케이블의 일 측면을 나타내는 개략도를 도시하고 있다. 인덕티브 케이블(200)은 넓은 의미에서 제 1 단부(212) 및 제 2 단부(214)를 가진 긴 본체부(210)를 포함하고 있으며, 그 안에 루멘(216)을 포함하고 있다. 인덕티브 케이블(200)의 제 1 단부는 코일의 IC(11)에, 제 2 단부는 추적 수신기(20)나 혹은 추적 수신기(620, 720)에 동작 가능하게 접속되어 있다. 당업자라면 도 8~12에 도시된 코일의 IC(11)이 도 2~6에 도시된 코일의 IC 실시예 중 어느 하나를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 루멘(216)은 회로(220)를 수용하고 있다. 회로(220)는 적어도 하나의 도전성 와이어(222)를 포함하고, 이는 서로 이격된 복수의 필터 구성 요소(224)를 이루고 있다. 각각의 회로는 구리, 티타늄, 티타늄 합금, 텅스텐, 금, MP35N 및 이들의 조합과 같은, 하나의 연속하는 긴 비자성 와이어로 구성될 수 있다. 이와 달리, 각각의 회로가 복수의 길이를 가진 와이어를 포함할 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예에서와 같이, 제조시에 하나의 와이어로 필터를 형성할 수 있도록, 와이어(222)는 열적으로, 화학적 혹은 접착적으로 본딩 가능한 와이어이다. 이로써, 각각의 필터(224)의 각 단부에 접속점이 필요없게 되어서, 회로(220)의 기계적인 내구성을 향상시키고, 그 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 도시된 실시예에서, 와이어 어셈블리(200)는 선택적으로, 코일의 IC의 경계부(228)의 전단부에 인접해서 위치된 공진 LC 필터(226)를 포함한다. 도 8~12에 도시된 공진 LC 필터(226, 326, 327, 526, 626, 627)는 선택 사항이다. 선택적인 공진 LC 필터 와이어 어셈블리(226)는 RF 유도된 전류가 와이어(20)에서 나와서 코일의 IC을 지나는 것을 효율적으로 차단되게 된다. 선택적인 공진 LC 필터(226)는, RF 유도된 전류가 형성되어서, 필터의 인덕티브 특성 및 커패시티브 특성이 함께 공진해서 예컨대, 1.5 Tesla MRI의 경우에 약 64MHz, 혹은 3.0 Tesla MRI의 경우에 약 128MHz과 같이, 관심 MRI RF 주파수에서 높은 임피던스를 생성하게 되는 것을 차단시킬 수 있다. 와이어의 길이 방향을 따라서 분산된 필터링 구성 요소(224)는, 와이어 자체에 유도된 전류가 공진 LC 필터(226)에 도달하기 전에 이 전류를 감쇠시키고, 이로써 공진 LC 필터(226)의 과열을 방지할 수 있다. 필터링 구성 요소(224)는 함께, 약 1미터 길이의 리드에 대해서 전체 회로(220)를 따라서 우선적으로 적어도 1000옴 이상의 임피던스를 생성한다. 당업자라면, 리드 길이가 달라지면 전체 임피던스의 양이 달라진다는 것을 이해할 것이다. 각각의 필터링 구성 요소(224)는 와이어(222)가 약 45번 권회해서 형성된 인덕터를 포함할 수 있고, 이는 인덕터의 내경이 0.045 인치라고 가정해서 8 프렌치 카테터의 크기로 맞춰졌다면, 약 150옴을 생성한다. 동일한 임피던스를 직경이 더 큰 인덕터에서 생성한다면 권회수는 더 적게 필요하다. 필터링 구성 요소(224)는 불균일하게 이격되어서, 이들 각각 사이의 와이어의 세그먼트는 서로 다른 공진 주파수를 갖거나 혹은 실질적으로 균일하게 공진 주파수를 갖게 된다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 상세 단면도가 도시되어 있다. 와이어 어셈블리(300)는 재킷(311)으로 둘러싸인 긴 본체부(310)를 포함한다. 긴 본체부(310)는 제 1 단부(312) 및 제 2 단부(314)를 포함하고, 그 안에 루멘(316)을 포함한다. 제 2 단부(314)는 환자 신체의 내부 혹은 외부에서 전자 제어부에 접속되어 있으며, 커넥터(도시 생략)를 포함할 수 있다. 루멘(316)은 회로(320, 321)를 수용하고 있다. 회로(320, 321) 각각은 하나의 도전성 와이어(322, 323)를 각각 포함하고, 이는 와이어 어셈블리(300)의 루멘(316) 내에 위치된다. 각각의 도전성 와이어(322, 323)는 하나의 도전성 와이어를 포함하고, 이들 각각은 서로 이격된 복수의 필터 구성 요소(324, 325)를 각각 이루고 있다. 필터 구성 요소(324, 325)는 도전성 와이어(322, 323)의 길이를 따라서 서로 이격된 비공진 필터 혹은 인덕터를 포함한다.

제 1 및 제 2 도전성 와이어(322, 323)는 서로 전기적으로 절연되어 있다. 제 1 및 제 2 도전성 와이어(322, 323) 모두 절연성 혹은 비도전성 코팅을 포함할 수 있다. 바람직하게는 절연성 코팅은 폴리우레탄, 나일론, 폴리에스터, 폴리에스터-아미드, 폴리에스터-이미드, 폴리에스터-아미드-이미드 및 이들의 조합과 같은 열 접착 가능 물질이다. 다른 방안으로, 하나의 와이어만 절연될 수도 있다. 와이어 절연은 상술한 본딩 가능 물질을 포함한다. 또한, 회로(320, 321)는 도 10에 도시된 바와 같이, 와이어(322, 323)가 비도전성 튜브(330) 둘레에 권회되고, 그 안에 루멘이 형성되는 형태로 더 전기적으로 절연된다. 후술하는 바와 같이, 튜브(330)는 실리콘 물질, 테플론, eTFE(expanded tetrafluoroethylene), pTFE(polytetrafluoroethylene) 등으로 이루어질 수 있다. 비도전성 튜브(330) 둘레를 비공진 필터(324, 325) 혹은 인덕터로 권회함으로써, 인덕터 및 공진 LC 회로를 용이하게 구성할 수 있다. 나아가, 비도전성 튜브(330)를 통해서 회로는, 긴 본체부 내에 위치되는 경우에, 가요성 및 기동성을 갖게 된다는 이점이 있다. 바람직하게는, 광섬유 케이블, 이리게이션 루멘(irrigation lumens), 동축 케이블과 같은, 수술 과정 혹은 인터벤션 과정에서 필요하거나 혹은 바람직하게 사용되는 다른 아이템이, 튜브(330)의 루멘을 지나게 될 수도 있다.

도 9를 참조하면, 루멘(316)은, 와이어(322, 323)를 각각 포함하는 회로(320, 321)를 수용하고 있다. 상술한 바와 같이, 각각의 와이어(322, 323)는, 서로 이격되어 있으며 비공진 필터를 포함하는 복수의 필터 구성 요소(324, 325)를 형성한다. 상기 실시예에서, 각각의 회로는 선택적으로는, 구리, 티타늄, 티타늄 합금, 텅스텐, 금, MP35N 및 이들의 조합과 같은, 하나의 연속하는 긴 비자성 와이어로 구성된다. 그러나, 이와 달리, 각각의 회로가 복수의 길이를 가진 와이어로 구성될 수도 있고, 혹은 서로 다른 길이의 와이어가 접속된 분산형 필터 구성 요소를 포함할 수도 있다. 필터가 하나의 긴 와이어로 형성되는 경우에는, 이 와이어는 열적, 화학적 혹은 접착적으로 본딩 가능한 와이어이어서, 제조시에 하나의 와이어로 필터를 형성할 수 있게 하는 것이 중요하며, 이에 대해서는 후술한다.

도 10을 참조하면, 각각의 회로(320, 321)는 실질적으로 유사하게 구성된다. 와이어(322, 323)는 가요성 튜브(330)에 권회되고, 이는 바람직하게는 폴리이미드, 폴리올레핀, pTFE, eTFE, PEK(polyetherketone) 및 다른 유사한 가요성 물질로 이루어진다. 제조시에는, 가요성 튜브(330) 내에 단단한 로드(도시 생략)가 배치되어서, 와이어 조립 처리를 위한 추가적인 지지대를 제공한다. 제조 이후에 이 로드를 제거하고, 회로 구조를 가진 가요성 튜브(330)가 긴 본체부(310) 내에 배치된다.

각각의 회로(320, 321)는, 제 1 회로(320)가 가장 전단부의 공진 LC 필터(326)에서 시작해서 후단부에서 전단부로 가면서 구성되는 형태로 별개로 구성된다. 따라서, 복수의 회로를 가정하면, 다음의 가장 후단부의 공진 LC 필터(327)와 관련된 와이어가 가장 전단부에 있는 공진 LC 필터를 지나게 된다. 와이어가 공진 LC 필터 아래를 지나게 되면, 그 공진에 악영향을 미친다. 반면, 와이어가 비공진 인덕터의 아래를 지나게 되면, 그 성능에 악영향을 미치지 않을 것이다. 따라서, 예시적인 공진 LC 필터(326)는, 와이어(322)를 3개의 층(335, 336, 337)으로 적층함으로써 구성된다. 내부 층과 외부 층의 권회비는 대략 3:2:1로, 그 결과 공진 LC 필터는 일정한 물리적인 형태를 갖게 된다. 공진 LC 필터를 형성하는 것은 당업자에게 자명한 사항으로, 본 발명의 요구 조건을 만족시키는 많은 실시예가 존재할 것이다. 예컨대, 캐패시터는 인덕터와 병렬로 배치될 수 있다. 다른 타입의 공진 LC 필터들도 본 발명의 범주 내에 들어갈 것이다.

예시적인 실시예에서, 코일링된 와이어의 복수의 층은, 층 사이의 캐패시턴스 및 개개의 권회수가 공진 조건을 만족하는데 필요한 인덕턴스 대 캐패시턴스의 비를 제공하고, 공진 주파수에서 최대 임피던스를 제공하도록 구성된다. 상술한 바와 같이, 내부 층으로부터 외부 층으로의 비가 대략 3:2:1인 3개의 층이 이용될 수 있다. 이와 같은 비를 통해서, 구조적인 완전성, 제조 용이성 및 반복 가능성을 얻을 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 1.5 Tesla MRI에서 RF를 블록하도록 공진 LC 필터의 공진 주파수가 64MHz이라면, 내부 층의 권회수는 30이고, 중간 층의 권회수는 20이며, 외부 층의 권회수는 10이 될 수 있다. 일반적으로 정확한 권회수는 이용 가능한 공간 및 소망의 공진 주파수에 의해 결정된다. 공진 LC 필터의 임피던스, 대역폭 및 품질 계수는, 필터의 캐패시턴스 대 인덕턴스의 비를 변경함으로써 조정될 수 있다. 이는 권회수, 층의 수, 층간 권회수의 비 혹은 이들 모두를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 비는, 소망의 필터 특성을 달성하도록 각각의 경우에 하나의 권회수, 2개의 권회수, 혹은 3개의 권회수를 변경할 수 있다.

선택적인 공진 LC 필터가 인덕티브 케이블에 포함되는 경우에는, 최전단 공진 LC 필터(326)를 형성한 이후에, 제 1 와이어(322)가 튜브(330) 둘레에 나선형으로 권회된다. 당업자라면 접속 세그먼트(332)가 반드시 튜브(330) 둘레로의 특정 수의 권회를 포함할 필요가 없다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 사용시에 와이어 어셈블리가 가요성을 가질 수 있도록 약간의 늘어진 부분 즉 '여유분'을 포함하는 방식으로 와이어를 권회하는 것이 중요하다. 이어서 가요성 튜브(330)에 대해서 와이어(322)를 코일링해서 인덕터(324)가 형성된다. 각각의 인덕터(324)는 와이어(322)를 대략 45번 나선형으로 권회 혹은 코일링함으로써 형성될 수 있고, 이는 인덕터의 내경이 0.045 인치라고 가정해서 8 프렌치 카테터의 크기로 맞춰졌다면, 약 150옴을 생성한다. 그러나, 당업자라면, 직경이 더 큰 인덕터에 동일한 임피던스를 생성한다면 권회수는 더 적게 필요할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 인덕터(324)는 각각 사이에 와이어의 세그먼트가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 불균일하게 이격될 수도 있고, 혹은 실질적으로 불균일하게 배치될 수도 있다.

다음으로 제 2 회로(321)가 구성되고, 이는 회로(320)와 실질적으로 유사하다. 당업자라면 도 9 및 10에 도시된 예시적인 와이어 어셈블리가 2개의 회로(320, 321)를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 임의의 수의 회로가 구성될 수 있다. 예컨대, 일 예시적인 구조에서, 각각이 복수의 비공진 필터 및 선택적인 공진 LC 필터를 포함하는 4개의 회로가 코일의 IC에 전기적으로 연결된다. 다른 예시적인 구조에서, 각각이 복수의 비공진 필터 및 선택적인 공진 LC 필터를 포함하는 10개의 회로가 코일의 IC에 전기적으로 연결된다. 임의의 수의 회로가 구성될 수 있다. 그러나, 각각의 경우에, 최전단부 공진 LC 필터를 포함하는 회로가 먼저 구성되고, 이후에 최후단부 공진 LC 필터를 포함하는 회로가 마지막으로 구성되어서, 그 결과 카테터 내에 수용된 복수의 와이어는 모든 전단 공진 LC 필터를 지나는 접속 와이어 세그먼트를 갖게 된다. 예컨대, 회로(320, 321)를 구성하는 것은, 최전단부 공진 LC 필터를 포함하는 회로가 먼저 구성되는 한, 전단부(후단부가 아닌)에서 시작된다. 이와 같은 방식으로, 연속해서 구성된 회로의 접속 와이어 세그먼트는, 항상 모든 인접하는 전단 공진 LC 필터를 지나게 되고, 그 결과 공진은 방해받지 않는다. 다른 와이어 어셈블리 기술이 당업자에게 자명할 것이다.

도 11을 참조하면, 추적 수신기를 코일의 IC에 접속하는데 사용되는 케이블의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 예시적인 회로(520)에서, 도전성 와이어(522)의 길이 방향을 따라서 서로 이격되도록 위치된 복수의 인덕터(540)를 형성하도록, 복수의 소형 비공진 필터(524)가 서로 그룹화된다. 이와 같이 필터를 전체적으로 그룹화함으로써, 각각의 비공진 필터의 임피던스를 증가시키고, 도전성 와이어(522)를 지나는 전류를 감소시킨다. 다른 실시예에서, 코일의 IC의 경계부(528)에 있는 필터 구성 요소는, RF 유도된 전류가 와이어 어셈블리(500)에서 나와서 코일의 IC로 들어가는 것을 효율적으로 차단하게 되어 있는 공진 LC 필터(526)를 포함한다. 와이어(522)의 길이 방향을 따라서 분산된 비공진 필터(524)의 그룹(540)은 와이어 자체에 유도된 전류가 공진 LC 필터(526)에 도달하기 전에 감쇠시키고, 이로써 공진 LC 필터(526)의 과열을 방지한다. 비공진 필터(524)의 그룹(540)은 또한 공진 LC 필터(526)으로부터 반사된 RF 전류를 감쇠시켜서, 공진 LC 필터(526)로부터 반사된 강한 전력을 감쇠시킨다.

당업자라면, 코일의 IC를 추적 수신기에 접속시키는데 사용되는 신규한 인덕티브 케이블이, 도 11에 도시된 바와 같이 그룹화되거나 혹은 도 8에 도시된 바와 같은 와이어 구성을 따라서, 복수의 비공진 필터만을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 12를 참조하면, 대안의 인덕티브 케이블(600)이 도시되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 2개의 와이어(640, 650)가 제공되며, 코래디얼 방식으로 권회된다. 코래디얼 방식으로 권회된 와이어(640, 650)는 권회 중심에 공통 자속 채널을 공유하고 있으며, 두 와이어에 있는 공통 모드 RF는 상쇠되어서 감쇠될 것이다. 코래디얼 방식은 2개 이상의 와이어로 확장될 수 있으며, 임의의 수의 코래디얼 방식으로 권회된 와이어를 포함할 수 있다. 당업자라면, 코래디얼 권회된 와이어가 비공진 필터로 동작한다는 것을 이해할 것이다.

와이어 어셈블리(600)는 선택적인 재킷(611)으로 둘러싸인 긴 본체부(610)를 포함한다. 긴 본체부(610)는 제 1 단부(612) 및 제 2 단부(614)를 포함하며, 그 안에 루멘(616)을 포함한다. 제 2 단부(614)는 환자 신체의 내부 혹은 외부에서 전자 기기에 접속되어 있으며, 커넥터(도시 생략)를 포함할 수 있다. 루멘(616)은 코래디얼 방식으로 권회된 도전성 와이어(640, 650)를 수용하고 있다. 도 12에 도시된 대안의 실시예에서, 코래디얼 방식으로 권회된 도전성 와이어(640, 650)는 재킷(611) 내에 매립된다. 코래디얼 방식으로 권회된 도전성 와이어(640, 650) 각각은 하나의 긴 도전성 와이어를 포함하고, 이로써 본딩 지점이 필요없게 되고, 와이어의 기계적인 오류 가능성을 감소시킨다. 도전성 와이어(640, 650)는 동일 방향으로 권회되고, 코일은 동일한 직경을 갖는다. 와이어 어셈블리가 RF 필드에 노출되면, MRI 스캔시에 코래디얼 방식으로 권회된 와이어(640, 650)는 고주파 공통 모드 RF 전류가 개개의 도전성 와이어의 길이 방향을 따라서 전달되는 것을 차단한다. 코래디얼 방식으로 권회된 와이어(640, 650) 각각의 권회수는 동일하거나 동일하지 않다. 그러나, 바람직하게는 도전성 와이어(640, 650)의 권회수는 코일로부터의 RF 누설량을 최소화하도록 동일하며, RF 누설은 RF 전류 블록 효과를 감소시킨다. 코래디얼 방식으로 권회된 와이어(640, 650)는 실질적으로 와이어 어셈블리의 전체 길이 방향을 따라서, 공진 LC 필터 어셈블리의 전단부로 연장된다. 다른 실시예에서(도시 생략), 코래디얼 도전성 와이어는 리드 본체부의 일부를 따라서만 연장될 수 있다.

예시적인 코일링된 구성에서, 제 1 및 제 2 도전성 와이어는 서로 전기적으로 절연되어 있다. 제 1 및 제 2 도전성 와이어(640, 650) 모두 절연성 혹은 비도전성 코팅을 포함할 수 있다. 절연성 코팅은 폴리우레탄 물질, 나일론, 폴리에스터, 폴리에스터-아미드, 폴리에스터-이미드, 폴리에스터-아미드-이미드, 실리콘 물질, 테플론, eTFE, pTFE 등을 포함할 수 있다. 다른 방안으로, 하나의 와이어만 절연될 수도 있다. 어떤 경우든 와이어는 서로 전기적으로 분리되어야 한다.

상기 실시예에서, 각각의 코래디얼 방식으로 권회된 와이어(640, 650)는 구리, 티타늄, 티타늄 합금, 텅스텐, 금, MP35N 및 이들의 조합과 같은, 하나의 연속하는 긴 비자성 와이어이다. 각각의 와이어가 하나의 긴 와이어로 구성되는 경우에는, 이는 열적, 화학적 혹은 접착적으로 본딩 가능한 와이어이어서, 제조시에 하나의 와이어로 필터를 형성할 수 있게 한다. 이와 달리, 다양한 길이의 불연속한 와이어가 사용될 수도 있으며, 역시 본 발명의 범주에 들어간다. 이 경우, 와이어는 실리콘 내에 주조되고, 특정 위치에서 열처리되어서 와이어가 이동하지 않게 할 수 있다. 이와 달리, 구부러질 때 그 형상을 유지하도록 충분한 강도를 가진 접착제 혹은 와이어가 사용되어서, 회로를 포함하고 있는 와이어가 이동하는 것을 방지한다.

제 1 및 제 2 공진 LC 필터 어셈블리(626, 627)가 포함되는 경우에는, 상술한 바와 같이 구성된다. 공진 LC 필터(626, 627)는 코일의 IC의 전단부에 인접해서 위치되어서, RF 유도된 전류가 와이어 어셈블리에서 나오는 것을 효율적으로 차단해서 코일의 IC를 파괴할 가능성을 감소시킬 수 있다. 코래디얼 권회된 와이어(640, 650)는 비공진 필터처럼 동작해서, 와이어 자체에 유도된 전류를 감소시켜서 과열을 방지한다.

다른 인덕티브 케이블 구조에서, 와이어(640, 650)는, 폴리이미드, 폴리올레핀, pTFE, eTFE, PEK 및 다른 유사한 가요성 물질로 이루어진 가요성 튜브(340)의 길이 방향으로 코래디얼 방식으로 권회된다. 코래디얼 방식으로 권회된 와이어를 이용할지, 각각의 와이어에 개별적인 인덕터를 이용할지 선택하는 것은 다양한 요인에 따라 달라진다. 코래디얼 방식으로 권회된 와이어는 직경이 작은 리드 내에 구현될 수 있으며, 이는 공진 LC 필터를 제외하면 한 와이어가 다른 와이어의 위나 아래를 지나서는 안되기 때문이다. 그러나, 개별적인 인덕터 방식의 임피던스는 더 용이하게 예측할 수 있으며, 장치의 길이나 구부러짐에 따라서 달라지지 않는다.

여기서 제시되는 다양한 실시예에서, 도전체는, 1.5 Tesla MRI의 경우에 64MHz의 MR 동작 주파수에서의 도전체의 저항이 와이어의 주울열이 확실히 최소가 될 정도로 낮게 되도록, 충분한 단면적을 갖고 있다. 일 실시예에서, 약 1미터 길이의 회로의 경우에, 와이어는 36 AWG 구리 자성 와이어가 될 수 있다. 특정 장치에 대해서 예상되는 전류의 근사치를 계산하기 위해서, 예컨대, FDTD(Finite Difference Time Domain)와 같은 수치 모델링 혹은 모멘트 방법이 사용될 수 있다. 사용되는 와이어의 길이 및 예상되는 환자의 궤적이, 회로에 걸리는 소망의 전체 임피던스를 결정한다. 따라서, 어느 특정 길이의 와이어에 대해서, 적절한 게이지가 선택될 수 있다.

전류가 100mA DC라면, 코일링된 40 AWG 와이어의 짧은 부분에서 온도가 약 10도 상승한다. 36 AWG 와이어의 경우에는, 온도의 상승은 약 2도 상승으로 감소된다. AC의 경우에, 도전체 저항은 주파수에 따라서 증가된다. DC 저항을 60 MHZ의 저항과 비교하면 5배 이상 증가될 수 있으며, 이는 동일한 전력 입력에서 도전체의 온도를 직접적으로 더 상승시킬 수 있다. 본 발명에 따른 신규한 와이어 구성은, 10 프렌치 혹은 더 작은 와이어 어셈블리나 카테터에 일체화되도록 구성된다.

이상, 본 발명을 개시된 실시예를 참조로 설명했지만, 본 발명의 범주를 벗어남없이, 개시된 예시적인 실시예에 대해서 다양한 수정 및 추가가 이루어질 수 있다. 예컨대, 상술한 실시예가 특정한 특성을 보이고 있지만, 본 발명의 범주는 다른 특성의 조합을 가진 실시예 및 상술한 특성을 모두 포함하지 않는 실시예도 포함한다. 따라서, 본 발명의 범주는, 청구항의 범주에 들어가는 이러한 대안의 실시예, 수정예 및 변형예, 그리고 모든 균등물을 포함한다.

Claims

MR 능동형 추적 시스템(a MR active tracking system)으로서,
의료 디바이스에 연결된 코일의 IC ― 상기 코일의 IC는 MR 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 능동형 추적 코일(active tracking coil) 및 상기 MR 신호를 처리하기 위해 상기 능동형 추적 코일에 인접한 적어도 하나의 집적 회로를 포함함 ― 와,
상기 처리된 MR 신호를 수신하고 상기 처리된 MR 신호를 추적 수신기(a tracking receiver)로 전송하도록 구성된 제 1 MR 안전 수단(a first MR safe means) ― 상기 추적 수신기는 상기 수신되고 처리된 MR 신호의 주파수 성분(frequency content)을 결정하도록 구성된 소프트웨어를 포함하고 기준 주파수 신호(a reference frequency signal)를 생성하는 수단을 더 포함함 ― 과,
상기 추적 수신기로부터 상기 코일의 IC로 상기 기준 주파수 신호를 전송하도록 구성된 제 2 MR 안전 수단을 포함하되,
상기 MR 능동형 추적 시스템은 상기 능동형 추적 코일에 의해 수신된 상기 MR 신호에 기초하여 상기 의료 디바이스의 위치를 추적 및 결정하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 능동형 추적 코일은 쌍극자(a dipole), 코일링된 와이어(coiled wire) 또는 회로 기판 상의 트레이스(traces)를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 코일의 IC는 상기 추적 코일을 관심 MR 주파수로 튜닝하는 튜닝 회로(a tuning circuit)를 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 코일의 IC는 저잡음 증폭기(a low noise amplifier) 및 주파수 다운-변환기(a frequency down-converter)를 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 MR 안전 수단은 또한, 다운-변환된 MR 신호(a down-converted MR signal)를 상기 추적 수신기로 전송하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 MR 안전 수단은, 복수의 비공진 필터(non-resonant filters), 복수의 고저항 와이어(high resistance wires), 광섬유 케이블(a fiber optic cable) 및 이들의 조합을 포함하는 와이어 어셈블리를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 MR 안전 수단의 상기 와이어 어셈블리는, 상기 코일의 IC에 인접하거나, 상기 추적 수신기에 인접하거나, 혹은 상기 코일의 IC와 상기 추적 수신기 모두에 인접한 적어도 하나의 공진 LC 필터를 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
기준 주파수 신호를 상기 추적 수신기로부터 상기 코일의 IC에 통신하는 상기 제 2 MR 안전 수단은, 복수의 비공진 필터, 복수의 고저항 와이어, 광섬유 케이블 및 이들의 조합을 포함하는 와이어 어셈블리를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 MR 안전 수단의 상기 와이어 어셈블리는, 상기 코일의 IC에 인접하거나, 상기 추적 수신기에 인접하거나, 혹은 상기 코일의 IC와 상기 추적 수신기 모두에 인접한 적어도 하나의 공진 LC 필터를 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 코일의 IC는 광섬유 구동 회로, 및 변조기 또는 지원 하드웨어(supporting hardware)를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
주파수 정보 신호를 상기 집적 회로로부터 상기 제 1 MR 안전 수단을 거쳐서 상기 추적 수신기로 전달하도록 구성된, 상기 코일의 IC 상의 주파수 추정기 회로(a frequency estimator circuit)를 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 주파수 정보 신호는, 주파수를 나타내는 레이트를 가진 펄스 신호, 광 코드, 전압 및 이들의 조합을 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 주파수 정보 신호는 광의 펄스를 광섬유 케이블을 거쳐서 상기 추적 수신기로 전송하도록 구성된 제로-크로싱 회로(a zero-crossing circuit)에 의해 구현되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 추적 수신기는 상기 기준 주파수 신호를 상기 코일의 IC 상에 포함된 다운-변환기로 전달하도록 구성된 주파수 생성기를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 코일의 IC 상의 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하고,
상기 아날로그-디지털 변환기는 디지털 신호를 상기 집적 회로로부터 상기 제 1 MR 안전 수단을 거쳐서 상기 추적 수신기로 통신하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 추적 수신기에 위치된 주파수 생성기는 기준 주파수 신호를 상기 제 2 MR 안전 수단을 거쳐서 다운-변환기로 전송하고, ADC 클록 신호를 상기 아날로그-디지털 변환기로 전송하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 코일의 IC 상의 오실레이터를 더 포함하고,
상기 오실레이터는 다운-변환기로의 기준 주파수 신호를 생성하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 능동형 추적 코일은 MR 전송 여기 펄스(an MR transmit excitation pulse)를 샘플링하고, 상기 MR 전송 여기 펄스로부터 상기 기준 주파수 신호를 생성하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 능동형 추적 코일은 감지 코일(a sense coil)인
MR 능동형 추적 시스템.
제 18 항에 있어서,
감지 코일을 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 감지 코일의 출력이 증폭되어서 기준 주파수 신호를 생성하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 추적 수신기는 상기 제 2 MR 안전 수단을 거쳐서 상기 코일의 IC에 전력을 공급하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 추적 코일은 MR 전송 여기 펄스로부터 전력을 회수(harvest)해서 상기 코일의 IC에 전력을 생성하도록 구성되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 23 항에 있어서,
상기 추적 코일은 감지 코일을 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
MR 전송 여기 펄스로부터 전력을 회수해서 상기 코일의 IC에 전력을 생성하도록 구성된 감지 코일을 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 제 1 안전 수단 및 상기 제 2 MR 안전 수단에 의해서 상기 코일의 IC와 동작 가능하게 연결되고 상기 추적 수신기와 무선 통신하도록 구성된 무선 모듈을 더 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 45 항에 있어서,
상기 제 1 안전 수단 및 상기 제 2 MR 안전 수단은, 복수의 비공진 필터, 하나 이상의 공진 LC 필터, 광섬유 케이블, 고저항 와이어 및 이들의 조합을 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 추적 코일, 복수의 집적 회로 및 복수의 통신선을 더 포함하고,
상기 집적 회로의 각각은 상기 복수의 통신선 중 하나를 사용하여 상기 추적 코일의 각각에 동작 가능하게 연결되는
MR 능동형 추적 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 추적 코일을 더 포함하고,
상기 복수의 추적 코일은 각각, 하나의 통신선으로 상기 집적 회로에 연결되는
MR 능동형 추적 시스템.
MR 전송 여기 펄스를 샘플링하도록 구성된 적어도 하나의 감지 코일과,
상기 적어도 하나의 감지 코일에 인접하고, 상기 적어도 하나의 감지 코일에 의해 샘플링된 상기 MR 전송 여기 펄스로부터 기준 주파수 신호를 생성하도록 구성된 주파수 생성기를 포함하는 제 1 집적 회로와,
적어도 하나의 능동형 추적 코일과,
상기 능동형 추적 코일에 인접하고, 상기 주파수 생성기로부터 상기 기준 주파수 신호를 수신하도록 구성된 다운-변환기를 포함하는 제 2 집적 회로와,
상기 제 1 집적 회로 및 상기 제 2 집적 회로에 전력을 공급하는 전원을 포함하는 추적 수신기와,
다운-변환된 신호를 상기 추적 수신기에 전송하도록 구성된 제 1 MR 안전 수단과,
하나 이상의 전력 신호를 상기 전원으로부터 코일의 집적 회로에 통신하도록 구성된 제 2 MR 안전 수단을 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.
제 49 항에 있어서,
상기 제 1 MR 안전 수단 및 상기 제 2 MR 안전 수단은 각각, 복수의 비공진 필터, 하나 이상의 공진 LC 필터, 복수의 고저항 와이어, 광섬유 케이블 및 이들의 조합을 포함하는 와이어 어셈블리를 포함하는
MR 능동형 추적 시스템.