CN101505672A - Rf场中使用的进行rf消融的介入装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在RF电场和/或磁场(特别是MR成像系统中的)中使用的进行RF消融的介入装置，包括消融导管，所述消融导管优选地可跟踪，或者可以借助于MR微线圈(102)在由MR成像系统生成的图像中进行引导或可视化，并且所述消融导管具有消融电极(101)。所述介入装置还包括传输路径(103)，其具有线段(104′，104″)及其间的变压器(105)，所述线段和变压器用于以差模方式将MR微线圈(102)与MR接收器(108)进行连接，以及用于以共模方式将RF放大器(107)与消融电极(101)进行连接，以传送RF消融功率。

Description

RF场中使用的进行RF消融的介入装置
技术领域
本发明涉及一种介入装置，其包括用于对身体组织进行RF消融的消融导管，或者透皮消融探头(或者探针)，例如用于肝脏、前列腺或肾脏中的肿瘤消融，或者一般地用于电生理(EP)介入中；以及连接的传输路径，其中，该装置被设置成在RF电场和/或磁场(特别是MR成像系统的)中使用，特别地用于在MR图像中对导管或探头进行可视化。本发明还涉及一种包括这样的介入装置的MR成像系统。
背景技术
US 6,246,896公开了一种MRI引导的消融系统，其包括具有双重目的的跟踪线圈。首先，跟踪线圈为MRI系统提供NMR跟踪数据，所述数据用于帮助医师将消融装置引导至患者体内适当的治疗位置，之后跟踪线圈由消融系统用来将产生热的能量递送到靶向组织。为此，由MRI系统操作的开关在MRI系统通过NMR脉冲序列执行位置测量时将跟踪线圈耦合到MRI系统中的接收器，或者将跟踪线圈耦合到执行组织消融的消融控制。作为替代，消融控制可以被感应地耦合到跟踪线圈。
发明内容
已发现如US 6,246,896所公开那样的消融系统中的缺点是无法同时进行导管跟踪和组织消融。此外，还存在相当大的危险，即由于在位置测量期间(以及在正常的MR成像期间)通过MR系统的RF传输(场B1)，因此消融装置、特别是将消融装置与MRI系统的开关或其他部件相连接的线缆或传输路径将会由于在线缆或者传输路径上的驻波而被非有意地加热，从而使得患者可能会受伤。
然而，人们却非常希望在MR成像系统中对RF消融导管或探头进行跟踪、引导和可视化。由于MR成像能够对组织进行具有良好对比度的可视化的这一事实，可以对消融程序过程中所消融的组织进行监测。另外，同样可以在消融程序过程中对待成像组织内的血流动力学以及心脏运动进行监测。这使得能够在进行介入时对心脏功能进行急性评估。此外，还可能在MR成像过程中记录心内电图(IEGM)，并利用组合的电生理/MR成像导管，可以在纯诊断EP程序中同时执行IEGM记录和主动跟踪。
本发明的目的是提供一种如首段中提到那样的介入装置，其中当通过RF电场和/或磁场(特别是MR成像系统的)进行引导时，至少基本上避免了介入装置、特别是所连接的线缆和传输路径由于RF驻波而产生的不期望的加热；以及通过该装置传输路径可以将消融功率传输至所连接的RF消融导管或探头。
该目的是通过在RF电场和/或磁场中使用的进行RF消融的介入装置来解决的，所述介入装置包括：
-消融导管或探头，其具有用于递送RF消融功率的消融电极，以及
-与消融导管或探头连接的传输路径，其包括至少两个线段，所述线段借助于至少一个具有高通滤波器特性的耦合元件进行电耦合，使得：
-由传输路径所暴露于的具有第一频率的RF场在传输路径中所感应的共模电流至少基本上被阻止，以及
-具有预先确定的第二RF频率(fA)的RF消融功率至少基本上被，或者以期望对组织进行的消融所必须的程度被在传输路径上传输，其中，第二RF频率高于第一频率。
该介入装置可以基于具有给定高通滤波器特性的耦合元件来实现，在该情形下以这样的方式选择第二频率，即使得将期望量的消融功率在如上所述的传输路径上传输，以及/或者该介入装置可以基于给定或期望的第二频率来实现，在该情形下为了在如上所述的传输路径上传输期望量的消融功率而选择耦合元件、特别是其高通滤波器特性。
这一解决方案的优点在于，可以同时进行传输路径上的RF传输(生成用于进行MR成像的场B1)和RF消融功率的馈送，而不发生所述路径的不期望的加热。由于RF传输可以与RF消融同时进行的事实，使得在MR图像中(例如，借助于已知的主动或被动方法)对消融导管或探头的跟踪或可视化能够与对组织的消融(和/或硬化)同时进行，并且可以通过血管内MR成像基本上实时或在线地监测消融程序过程中实际消融的组织。
这一解决方案的另一优点在于，不需要额外的线缆来向消融电极提供RF消融功率。借此，可以实现较低剖面的导管，而不会产生由于(并不存在)RF消融线缆上的驻波而导致的问题。
从属权利要求公开了本发明有利的实施例。
根据权利要求2和3的实施例的耦合元件具有的优点在于，它们能够针对相关的频率以相对简单的方式实现，使得可以获得适当的耦合和杂散电容。
根据权利要求4的实施例具有的优点在于，可以在由MR成像系统生成的MR图像中(特别是借助于MR/RF微线圈探测到的MR信号)对消融导管或探头进行良好定义地及区别地跟踪、引导和/或可视化。
根据权利要求5和6的实施例具有的优点在于，仅需要一个传输路径、线或线缆来向消融导管或探头馈送消融功率，以及在MR/RE微线圈和MR/RF接收器和/或发射器之间馈送由该微线圈探测或传输的MR/RF信号。
根据权利要求7和8的实施例具有的优点在于，提供了一种紧凑型的进行RF消融的介入装置，其可以用作不同MR成像系统中且独立于这种系统的特定种类的分立单元。
最后，根据权利要求9，根据本发明的介入装置可以有利地用于对身体组织的RF消融和/或硬化的方法。
本发明进一步的细节、特征和优点将从下面参照附图对本发明的优选和示例性实施例的描述中变得显然。
附图说明
图1示出了MR成像设备的图解侧视图；
图2示出了根据本发明的采用导管系统的形式的介入装置的图解表示；
图3示出了根据本发明的用于连接两个线缆部分的变压器的原理图；以及
图4示出了这种变压器的示例性实施例的顶视图和剖视图。
具体实施方式
图1示出了MR成像系统中对于在检查区域1中生成磁场和RF脉冲以及接收MR弛豫信号具有重要意义的实质性部件。在检查区域1上方以及下方设置有相应的磁体系统2、3，其用于生成大致均匀的主磁场(用于使待检查对象中的核自旋进行对准的场B0)，该主磁场的磁通量密度(磁感应)可以为几十特斯拉到几特斯拉的量级。主磁场大致在垂直于患者纵轴的方向上(即，在x方向上)延伸穿过患者P。
平面或者至少近似平面的、采用RF传输线圈4的形式的RF导体结构(表面谐振器)用于生成具有MR频率的RF脉冲(场B1)，借此在待检查组织中激发核自旋，所述RF传输线圈4被布置在相应的磁体系统2和3上。MR/RF接收线圈5用于拾取组织中后续的弛豫事件；这些线圈还可以由设置在磁体系统2、3之一上的表面谐振器形成。如果对其适当地进行转换，MR/RF共同的表面谐振器还可以用于传输和接收，或者，两个RF表面谐振器4、5可以共同用于交替地进行RF脉冲的传输和MR信号的接收。
此外，对于从患者P的组织(激发状态的局部化)发出的弛豫(MR)信号以及由MR/RF微线圈探测到的MR信号的空间辨别和分辨率，还设置有多个梯度磁场线圈7、8，借此生成三个在x轴方向上延伸的梯度磁场。之后，第一梯度磁场在x轴方向上大致线性变化，而第二梯度磁场在y轴方向上大致线性变化，且第三梯度磁场在z轴方向上大致线性变化。
对于给定的检查要求电气附件装置或辅助装备。这些装置例如为MR/RF表面线圈6，所述表面线圈附加地或可替代地用于平面MR/RF接收线圈5(体线圈)，并被布置成直接位于待检查患者P或区域上的MR接收线圈。这些MR/RF表面线圈6通常被构造成柔性垫或套筒。
此外，为了对患者P进行治疗，或者提取或消融组织样品，或者确定组织参数，或者肿瘤消融，需要使用介入装置，所述介入装置包括用于对身体组织进行RF消融(和/或硬化)的消融导管10，或者例如用于肝脏、前列腺或肾脏中的肿瘤消融或者一般用于电生理(EP)介入中的透皮消融探头，所述消融导管或透皮消融探头被引入患者中并且优选地在MR成像系统的显示屏上对其的位置进行跟踪或引导或者可视化。
更具体地，在MR成像下执行RF消融程序通常包括两个有区别的过程：交互式引导RF电极(例如进入靶向肿瘤)和监测治疗效果。使用MR成像进行电极引导的理由与其引导穿刺活检程序的用途相似，在穿刺活检程序中MR成像提供与促进在选定病变中进行安全精确引导的较高软组织对比度、多平面能力以及高血管显著性的优点。MR成像对RF消融程序的主要贡献在于，其具有监测与瞬时加热过程相关联的组织变化的能力，具有目前可用的任何其他成像模态不可比拟的属性。这种能力促进了一种用以通过在治疗期间帮助检测治疗不充分的肿瘤病灶以后续对RF电极进行交互式重新定位而进行消融的受控方法。如此，MR成像引导和监测使得能够在单次就诊基础上进行整个肿瘤的治疗，而避免了不当的过度治疗，并保留通常危重情况所需的器官功能。
一般地，在MR引导的EP程序中，必须执行四个不同的任务：
1、必须执行实时MR成像和导管跟踪以引导导管。这要求通过对于1.5T的MR扫描器、64MHz的拉莫尔(Larmor)频率下的MR成像系统的RF传输线圈4频繁传输RF脉冲。
2、必需在实时的MR图像上跟踪和可视化导管的位置。这可以通过使用涉及μV范围64MHz下处于导管末端的MR/RF微线圈的MR信号的主动或被动跟踪方案来完成。
3、使用双极电极来测量IEGM信号。这些信号处于0至10mV范围、0至500Hz频带(对于肿瘤消融并不要求)。
4、使用导管处的单极末端电极(消融电极)以及患者四肢处或躯干上的区域表面电极来执行RF消融。通常利用约30至约50W的远端功率、以典型为约500kHz的频率持续约30至约60s来执行消融。
如上面序言部分所述，一个问题是将上述任务2至4中所述的信号在介入装置内的一条线缆上进行传输，而不会由于为了进行如上任务1中所述的实时成像而传输RF脉冲进而使得线缆或传输路径产生驻波和不期望的RF加热。
图2示出了根据本发明优选实施例的介入装置的图解表示。
其包括位于被引入患者P中的消融导管10末端处的消融电极101和MR/RF微线圈102，其中，患者P被定位于表面电极109上。消融导管10经由线缆或传输线或传输路径103与连接单元106相连接。
为了避免由于RF传输线圈4在拉莫尔频率(第一频率)下传输的RF脉冲(场B1)而使得传输路径103产生RF加热，传输路径103包括多个彼此之间借助于每个耦合元件105进行连接的线段或部分104′、104″、…，所述耦合元件105具有优选地以至少一个电容器的形式的高通滤波器特性。耦合元件105被设置用来阻止由所述RF脉冲感应的、可能由于驻波而引起危险的RF加热的共模RF电流，从而使得将传输路径制成在RF脉冲的频率下是“MR安全的”。
耦合元件优选地是变压器105，其包括以变压器的杂散电容CS形式的电容器。
如现有技术已知的那样可以提供这种基于变压器的安全传输线(STL)。例如，可以使用包括各线段的MR安全传输路径，所述线段彼此通过如WO2005/103748中所公开的变压器进行耦合。或者，同样可以使用如WO2006/003566中所公开的PCB传输线和变压器和/或如WO2006/067703中公开那样的、以在至少一部分相邻导线段或线段上电延伸的分布式电路元件形式的变压器。
由MR/RF微线圈102接收到(或探测到)的MR信号(特别是跟踪或局部成像信号)和/或由MR/RF微线圈102传输的RF信号(为了在MR图像中对导管或探头10进行被动或主动定位)必须经由传输路径103和连接单元106馈送至MR/RF接收器/发射器108(上面的任务2)。为此，耦合元件105(特别是变压器)被设置成使得这些MR/RF信号可以以差模电流的形式通过耦合元件105。
此外，RF放大器107被设置成用于生成RF消融功率，将所述RF消融功率经由连接单元106和相同的MR安全传输路径103馈送至消融电极101(上面的任务4)。
为了实现这一点，RF放大器107被设置成用于以高于拉莫尔频率的第二频率fA(例如以频率fA＝200MHz或以上)来生成RF消融功率，使得可以使用共模的MR安全传输路径103而将该RF消融功率至少以期望的程度传送给消融电极101。因此，第二频率fA的选择也依赖于至少一个耦合元件105的传输特性。因此，如上面在任务4下所提及的那样，以高于通常使用的介于300kHz至1MHz之间的消融频带的频率fA执行RF消融。
换言之，RF放大器107经由连接单元106和传输路径103以共模方式连接到消融电极101，以传送由RF放大器107在远高于拉莫尔频率的第二频率fA下所生成的RF消融功率，而同时MR/RF微线圈102经由相同的传输路径103和连接单元106以差模方式与MR/RF接收器/发射器108进行连接，以传送以由MR/RF微线圈102接收到的跟踪或成像MR信号或者传输的RF信号的形式的图像信息。
因此，连接单元106执行三个任务：
-将RF消融功率单向共模连接到消融电极101，
-将MR/RF信号差模连接到MR接收器/发射器108/自MR接收器/发射器108差模连接到MR/RF信号，以及
-将MR/RF接收器/发射器108与由RF放大器107生成的RF消融功率隔离开。
连接单元106可以以隔离器和滤波器网络的形式实现，其详细设计对于本领域技术人员而已是显而易见的。
图3示出了传输路径103的两个导线段(部分)或线段(部分)104′、104″，其彼此借助于以变压器105形式的优选耦合元件进行连接。变压器105包括第一和第二电感L1、L2以及二者之间的杂散电容CS。RF消融功率的频率fA被选择成使得其能够以共模方式经由杂散电容CS通过变压器105。因此，杂散电容CS对于将RF消融功率从RF放大器107共模传输到消融电极101是有效的。
导线段104′、104″的阻抗和变压器105的阻抗彼此借助于每一个匹配网络1051、1052进行匹配，所述匹配网络包括至少一个T-、L-和/或π-四端网络(quadrupole)，其具有至少两个以电容器C1、C2和/或感应率形式的阻抗元件。
在下文中，将对匹配网络1051、1052和变压器105的优选实施例进行详细说明，其中，每一个匹配网络包括第一串联电容器C1和第二并联电容器C2，图4(A)以顶视图且图4(B)以侧视图示出了所述变压器。
变压器105以PCB技术实现在以彼此重叠进行电感耦合的第一回路1054(Cu)和第二回路1055(Cu)的形式的衬底1053上，每一个回路具有约为50mm的长度Le，约为0.5mm的回路线间距B、约为0.127mm的回路间距H以及35 x 25μm的回路截面。
对于这种使用PCB技术的细长单回路变压器，测得L＝64nH，k＝0.39而杂散电容CS＝4pF。4pF的杂散电容CS表示在约为200MHz的频率下阻抗约为200欧姆。
优选地，在长度约为1.20m的导管中沿MR安全传输线103分布多达三个变压器105。三个变压器105总计电抗为XCs＝600欧姆。包括末端电极、患者和接地电极的系统的典型电阻和电容为RP＝100欧姆和CP＝20nF。在200MHz下电抗CP仅为0.04欧姆，从而使得主要是欧姆损失。欧姆损失主要局限于末端电极处及其邻近的小体积组织。通常，使用RP消耗的高达100W的RF消融功率。这要求RP上有100V的电压以及1A的电流，其均在200MHz下。所有这些值指示出采用这一设置在导管末端有可能实现有效的RF消融。
最后，应该考虑变压器105处的RF条件。在每个变压器105(CS＝4pF，XCs＝200欧姆)处，具有约200V的电压，其远低于变压器105的回路1054、1055之间127μm厚Teflon层的破坏极限。同样，电容调谐和匹配网络1051、1052(C1，C2>40pF)将仅看到远低于其最大额定值的电压。变压器105的共模串联电阻在64MHz下约为RT＝2欧姆，并在200MHz下根据RT～√f估计为RT＝3.5欧姆。这在消融脉冲期间产生3.5W的热消耗，这不会损害变压器105。
虽然在附图和说明书中对本发明进行了详细的图示和描述，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性而不是限制性的，并且本发明并不限于所公开的实施例。

Claims (10)

1、一种在RF电场和/或磁场中使用的进行RF消融的介入装置，包括：
-消融导管或探头(10)，其具有用于递送RF消融功率的消融电极(101)，以及
-与所述消融导管或探头(10)连接的传输路径(103)，其包括至少两个线段(104′，104″)，所述线段借助于至少一个具有高通滤波器特性的耦合元件(105)进行电耦合，使得
-由所述传输路径(103)所暴露于的具有第一频率的RF场在所述传输路径(103)中所感应的共模电流至少基本上被阻止，以及
-具有预先确定的第二RF频率(fA)的RF消融功率至少基本上被，或者以期望对组织进行的消融所必须的程度被在所述传输路径(103)上传输，其中，所述第二RF频率高于所述第一频率。
2、根据权利要求1所述的介入装置，其中，所述耦合元件是变压器(105)，所述高通滤波器特性通过所述变压器的杂散电容(CS)来实现。
3、根据权利要求2所述的介入装置，其中，所述变压器(105)以PCB技术实现在以彼此重叠进行电感耦合的第一导电回路(1054)和第二导电回路(1055)的形式的衬底(1053)上。
4、根据权利要求1所述的介入装置，其中，所述消融导管或探头(10)包括MR/RF微线圈(102)，所述MR/RF微线圈用于接收MR信号和/或传输RF信号，用于在由MR成像系统所生成的MR图像中对所述导管或探头(10)进行主动和/或被动跟踪、引导和/或可视化。
5、根据权利要求1和4所述的介入装置，其中，所述至少一个耦合元件(105)被设置成使得将由所述MR/RF微线圈(102)接收和/或传输的MR信号和/或RF信号以差模电流的形式在所述传输路径(103)上进行传送。
6、根据权利要求5所述的介入装置，包括MR/RF接收器和/或发射器(108)，所述MR/RF接收器和/或发射器与所述传输路径(103)连接用于接收由所述MR/RF微线圈(102)探测到的MR信号和/或用于生成要由所述MR/RF微线圈(102)传输的RF信号。
7、根据权利要求1所述的介入装置，包括RF放大器(107)，其用于在所述第二RF频率(fA)下生成所述RF消融功率，所述RF放大器(107)与所述传输路径(103)连接用于以共模电流的形式将所述RF消融功率传送到所述消融电极(101)。
8、根据权利要求6和7所述的介入装置，包括连接单元(106)，其用于将所述MR/RF接收器和/或发射器(108)以及所述RF放大器(107)与所述传输路径(103)进行连接，并且用于将所述MR/RF接收器和/或发射器(108)与由所述RF放大器(107)所生成的所述RF消融功率解耦合。
9、根据权利要求1至8中至少一项所述的介入装置，其用于进行肿瘤消融和/或身体组织的RF消融和/或硬化的方法。
10、一种MR成像系统，包括根据权利要求1至8中至少一项所述的介入装置。
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