MR主动跟踪系统
阅读：721发布：2020-05-11
专利汇可以提供MR主动跟踪系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种克服传统传输线和 信号 线导体的加热问题的主动 跟踪 系统。该主动跟踪系统包括：至少一个主动跟踪线圈；邻近主动跟踪线圈的至少一个集成 电路 ；跟踪接收器；被配置用于将接收到的 信号传输 至跟踪接收器的第一MR安全装置；以及被配置用于将一个或多个信号从跟踪接收器传输至线圈处的集成电路的第二MR安全装置。集成电路还可包括跟踪线圈 位置 处的模拟至数字转换和 频率 估计，以减少需要在跟踪接收器中进行的处理的量，从而降低从跟踪线圈位置传递到跟踪接收器的信号与MR成像信号相干扰的可能性。，下面是MR主动跟踪系统专利的具体信息内容。
1.一种跟踪系统，包括：
线圈处的集成电路，实现于医疗设备上或医疗设备中，所述线圈处的集成电路包括被配置为从所述医疗设备接收MR信号的至少一个跟踪线圈和用于处理所述MR信号的邻近所述跟踪线圈的至少一个集成电路；
第一MR安全装置，被配置为接收经处理的MR信号以及将经处理的MR信号传输至跟踪接收器，所述跟踪接收器包括被配置为确定接收到的经处理的MR信号的频率内容的软件并且还包括用于生成基准频率信号的装置；以及
第二MR安全装置，被配置为将所述基准频率信号从所述跟踪接收器传输至所述线圈处的集成电路，
其中，所述跟踪系统被配置为基于由所述跟踪线圈接收到的所述MR信号来确定并跟踪所述医疗设备的位置。
2.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪线圈包括电路板上的走线、盘绕导线或偶极子。
3.如权利要求1或2所述的跟踪系统，其中所述线圈处的集成电路还包括用于将所述跟踪线圈调谐至想要的MR频率的调谐电路。
4.如权利要求3所述的跟踪系统，其中所述线圈处的集成电路还包括低噪声放大器和下变频器。
5.如权利要求4所述的跟踪系统，其中所述第一MR安全装置还被配置用于将下变频的MR信号传输至所述跟踪接收器。
6.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述第一MR安全装置包括导线组件，该导线组件包括以下各项中的一者或多者：多个非谐振滤波器、多个高阻抗导线、光纤线缆。
7.如权利要求6所述的跟踪系统，其中所述第一MR安全装置的所述导线组件还包括邻近所述线圈处的集成电路的至少一个谐振LC滤波器，或邻近所述跟踪接收器的至少一个谐振LC滤波器，或者既包括邻近所述线圈处的集成电路的至少一个谐振LC滤波器又包括邻近所述跟踪接收器的至少一个谐振LC滤波器。
8.如权利要求1所述的跟踪系统，其中用于将所述基准频率信号从所述跟踪接收器传送至所述线圈处的集成电路的所述第二MR安全装置包括导线组件，该导线组件包括以下各项中的一者或多者：多个非谐振滤波器、多个高阻抗导线、光纤线缆。
9.如权利要求8所述的跟踪系统，其中所述第二MR安全装置的所述导线组件还包括邻近所述线圈处的集成电路的至少一个谐振LC滤波器，或邻近所述跟踪接收器的至少一个谐振LC滤波器，或者既包括邻近线圈处的集成电路的至少一个谐振LC滤波器又包括邻近所述跟踪接收器的至少一个谐振LC滤波器。
10.如权利要求6或8所述的跟踪系统，其中所述线圈处的集成电路包括光纤驱动电路和支持硬件。
11.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括在所述线圈处的集成电路上的频率估计器电路，该频率估计器电路被配置为通过所述第一MR安全装置将频率信息信号从所述至少一个集成电路传递到所述跟踪接收器。
12.如权利要求11所述的跟踪系统，其中所述频率信息信号包括以下各项中的一者或多者：电压、光代码、其速率表示频率的脉冲信号。
13.如权利要求11所述的跟踪系统，其中所述频率信息信号是通过零点交叉电路实现的，该零点交叉电路被配置为通过光纤线缆将光脉冲传输至所述跟踪接收器。
14.如权利要求11、12或13所述的跟踪系统，其中所述跟踪接收器包括频率生成器，该频率生成器被配置为将所述基准频率信号传递至在所述线圈处的集成电路上所包括的下变频器。
15.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括在所述线圈处的集成电路上的模拟至数字转换器，所述模拟至数字转换器被配置为通过所述第一MR安全装置将数字信号从所述集成电路传送至所述跟踪接收器。
16.如权利要求15所述的跟踪系统，其中位于所述跟踪接收器中的频率生成器被配置为通过所述第二MR安全装置将基准频率信号传输至下变频器并且将ADC时钟信号传输至所述模拟至数字转换器。
17.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括在所述线圈处的集成电路上的振荡器，所述振荡器被配置为生成到下变频器的基准频率信号。
18.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪线圈被配置为对MR传输激励脉冲进行采样并从所述MR传输激励脉冲生成所述基准频率信号。
19.如权利要求18所述的跟踪系统，其中所述跟踪线圈是传感线圈。
20.如权利要求18所述的跟踪系统，还包括传感线圈。
21.如权利要求19或20所述的跟踪系统，其中所述传感线圈的输出被放大以生成基准频率信号。
22.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪接收器被配置为通过所述第二MR安全装置向所述线圈处的集成电路供应电力。
23.如权利要求1所述的跟踪系统，其中所述跟踪线圈被配置为通过从MR传输激励脉冲中获得能量来在所述线圈处的集成电路上产生电力。
24.如权利要求23所述的跟踪系统，其中所述跟踪线圈包括传感线圈。
25.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括传感线圈，该传感线圈被配置为通过从MR传输激励脉冲中获得能量来在所述线圈处的集成电路上产生电力。
26.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括无线模块，该无线模块可操作地通过所述第一MR安全装置和第二MR安全装置与所述线圈处的集成电路相耦合并且被配置用于与所述跟踪接收器进行无线通信。
27.如权利要求26所述的跟踪系统，其中所述第一MR安全装置和第二MR安全装置包括导线组件，该导线组件包括以下各项中的一者或多者：多个非谐振滤波器、一个或多个谐振LC滤波器、光纤线缆、高阻抗导线。
28.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括多个跟踪线圈、多个集成电路、以及多条通信线，所述多个集成电路中的每一个集成电路可操作地由所述多条通信线中的一条来耦合至所述跟踪线圈中的每一个。
29.如权利要求1所述的跟踪系统，还包括多个跟踪线圈，其中的每个跟踪线圈被单个通信线耦合至所述集成电路。
30.一种跟踪系统，包括：
至少一个传感线圈，其被配置为对MR传输激励脉冲进行采样；
邻近所述至少一个传感线圈的第一集成电路，该集成电路包括频率生成器，该频率生成器被配置为从由所述至少一个传感线圈所采样的MR传输激励脉冲来生成基准频率信号；
至少一个跟踪线圈，实现于医疗设备上或医疗设备内并被配置为从所述医疗设备接收MR信号；
邻近所述跟踪线圈的第二集成电路，该第二集成电路被配置为处理所述MR信号并包括下变频器，该下变频器被配置为从所述频率生成器接收所述基准频率信号；
跟踪接收器，该跟踪接收器包括用于向所述第一集成电路和所述第二集成电路供应电力的电源；
第一MR安全装置，该第一MR安全装置被配置用于将所述下变频信号以及经处理的MR信号传输至所述跟踪接收器；
第二MR安全装置，该第二MR安全装置被配置用于将一个或多个电力信号从所述电源传送至邻近所述跟踪线圈的所述第二集成电路，
其中，所述跟踪接收器包括被配置为确定接收到的经处理的MR信号的频率内容的软件，并且
其中，所述跟踪系统被配置为基于由所述跟踪线圈接收到的所述MR信号来确定并跟踪所述医疗设备的位置。
31.如权利要求30所述的跟踪系统，其中所述第一MR安全装置和第二MR安全装置包括导线组件，该导线组件包括以下各项中的一者或多者：多个非谐振滤波器、一个或多个谐振LC滤波器、多个高阻抗导线、光纤线缆。
MR主动跟踪系统
技术领域
背景技术
[0002] MRI在诊断成像模式并日益在介入成像模式中取得了显著成就。MRI在其他成像方式(例如，X射线)下的主要好处包括优越的软组织成像并避免病人暴露于X射线产生的电离辐射。MRI的优越软组织成像能力在诊断成像方面提供了极大的临床效益。同样地，传统使用X射线成像来引导的介入治疗从MRI的软组织成像能力中极大受益。此外，利用MRI导引消除了病人大面积暴露于与传统X射线引导介入治疗相关的电离辐射。
[0003] MRI利用三种场来显示病人解剖的影像：大静磁场，时变梯度磁场以及射频(RF)电磁场。静磁场和时变梯度磁场协同工作以与静磁场建立质子对准并在病人体内建立空间相关质子自旋频率(谐振频率)。以谐振频率施加的RF场干扰初始对准，使得当质子放松恢复初始对准时，可检测并处理从放松事件发出的RF以创建图像。
[0004] 当医疗设备在外部或内部非常接近或接触病人组织时，与MRI相关的三种场中的每种都会对病人产生安全隐患。一个重要的安全隐患是源于MRI扫描仪的RF场和医疗设备之间的交互的热量(RF感应加热)，特别是具有细长导电结构(例如，导管、外壳、导线、支架或管状递送系统中的传输线，ICD引线，起搏器引线，神经刺激器引线等等)的医疗设备。
[0005] 多种MRI技术正发展成为用于引导介入治疗的X射线成像的替代。例如，由于在介入治疗期间医疗设备前进通过病人的身体，因此可跟踪其进度，使得可以将该设备正确地递送到靶位。一旦递送到靶位，就可监控设备和病人组织以提高治疗传送。因此，根据医疗设备的位置在介入治疗中是有用的。示例性介入治疗包括，例如，心脏电生理治疗，该心脏电生理治疗包括诊断心律失常的诊断治疗和诸如房颤消融、室性心动过速消融、心房扑动消融、预激综合症消融、AV结消融、SVT消融等的消融手术。利用MRI跟踪医疗设备的位置还可用于诸如乳腺癌、肝癌和前列腺肿瘤消融的肿瘤手术和肾脏去神经消融治疗，以及诸如子宫肌瘤和前列腺肥大消融的泌尿系统治疗和诸如头部神经刺激和深部脑刺激的神经性治疗。因此，随着介入性MRI领域的增长以及更多的患者在MR环境中被插入导管，对于MRI环境中的安全设备的需求将会增加。
[0006] MRI环境下与传输线相关的RF感应加热安全隐患由RF场和细长导体之间的耦合产生。在这种情况下，存在几种与加热有关的情况。
[0007] 一种情况存在于：细长导体中的RF感应电流可导致细长导体自身和/或连接到该细长导体的组件的欧姆加热，所产生的热可能传送到病人。在这样的情形中，重要的是既要尝试减少细长导体中的RF感应电流又要限制递送到相连组件中的电流。另一中情况存在于：细长导体中的RF电流耦合至与组织接触的传导结构。在此情况中，在细长导体上感应出的RF电流可以通过未与细长导体有直接电接触的传导结构而被递送到组织中，导致组织中较高的电流强度以及相关联的焦耳或欧姆组织加热。同样，当细长导体被连接至与组织相接触的电路时，感应电流到组织的直接注入可以导致组织中较高的电流强度以及相关联的焦耳或欧姆组织加热。最后，细长导体上的RF感应电流可导致附近组织中RF能量的局部特定吸收增加，从而升高了组织的温度。前述现象被称为电介质加热(dielectric heating)。即便不存在到组织的热接触或电接触，电介质加热也可能发生。
[0008] 在MRI环境中使用的许多设备能够从主动跟踪实现于设备上或设备中的一个或多个“跟踪线圈”的位置中获益。然而，这些跟踪系统需要使用诸如同轴线缆、双绞线、三轴线缆等等的传输线。这些传输线作为细长导体会引入上文所述的隐患。
[0009] 传统地跟踪MRI环境中的设备的位置，使用图1中所示的跟踪系统。跟踪线圈经由线缆或电路板走线(trace)接收MR信号。然后，调谐电路将跟踪线圈调谐到目标的MR频率。匹配网络将经调谐的跟踪线圈与传输线进行电匹配。传输线将MR信号输送出设备至跟踪接收器。跟踪接收器接收并处理MR信号以确定跟踪线圈的位置。跟踪接收器通常包括匹配网络、低噪声放大器(LNA)、下变频器、模拟至数字转换器和软件来从所接收的信号的频率内容中确定跟踪线圈的位置。跟踪接收器是用于描述(通过各种电路)连接至跟踪线圈的任何子系统的一般术语。然而，本领域的技术人员将认识到，它通常不是被跟踪的设备的一部分。
[0010] 近来，跟踪系统已经发展到将一些上述组件从跟踪接收器中移动至跟踪线圈位置。这种修改消除了一些组件，这些组件包括匹配网络和传输线，这会使得与传输线相关联的损耗降低，信号中的噪声降低，以及潜在地整个跟踪系统的信号噪声比的增加。针对本公开来说，我们将这样的系统称为“线圈处的IC(IC at Coil)”跟踪系统，因为这些系统包括在跟踪线圈附近布置集成电路。
[0011] 然而，即使利用线圈处的IC跟踪系统，加热并损害病人安全的问题仍然存在。用于将所接收的并被下变频的信号传送至跟踪接收器的线缆仍然会导致先前所述的RF加热问题。此外，当前的实现线圈处的IC跟踪系统的尝试需要从跟踪接收器连接到线圈处的IC的线缆。这些线缆提供电源、地和频率基准信号(用于下变频过程)。所有这些导体产生MR环境中的RF加热隐患。
[0012] 此外，如果能够在跟踪线圈位置处完成频率确定(通常意味着估计来自所接收的MR信号的平均频率)，那么需要从跟踪线圈传送至跟踪接收器的信息量可被最小化，这降低与MR系统的信号干扰的可能。这还将具有降低跟踪线圈的复杂度的优点。
[0013] 因而，需要能够显著地减少可能损害病人安全的RF加热并且另外降低跟踪接收器的复杂度的跟踪系统。
发明内容
[0014] 本发明解决了线圈处的IC跟踪系统的上述需求，其中消除了传输线。我们将传输线限定为意味着由传导面形成的物体，例如同轴线、带状线、三轴线缆、双绞线等等。因此，所限定的“传输线”不包括光纤线缆或其他不能进行电传导的线缆。
[0015] 克服传统传输线和信号线导体的加热问题的跟踪系统的新式配置在这里被描述。通过将某些组件集成到设备的跟踪线圈处，引起加热隐患的高频率的传输线能够被MR安全导体或光纤所替代。此外，本发明是一种在跟踪线圈位置处执行附加信号处理(频率估计、模数转换等等)来减少需要在跟踪接收器中进行的处理的量以及降低被从跟踪线圈位置传递到跟踪接收器的信号与MR成像信号相干扰的可能性的新式配置。
[0016] 根据本发明的跟踪系统描述了在MR中将所接收的以及下变频的MR信号安全地传送至跟踪接收器的多种装置。
[0017] 本发明包括在MR中安全地对这样的设备提供电力的多种装置。
[0018] 本发明还包括提供或创建所需的用于下变频的基准频率的多种装置。
[0019] 本发明还包括在跟踪线圈位置处执行主要频率估计的多种装置。
[0020] 本发明还包括通过在跟踪线圈位置处进行模数转换或者直接频率估计来消去下变频的多种装置。
[0021] 本发明还包括多个跟踪线圈，其中每个跟踪线圈被耦合至相应的IC和通信线。
[0022] 本发明还包括多个跟踪线圈，其中的每一个跟踪线圈利用单个通信线被耦合至单个IC。
[0023] 本发明还包括多个跟踪线圈，其中的每一个跟踪线圈利用单个通信线被耦合至单个IC，其中IC包含在单个线上传输多个通信信号的诸如复用的方法。
[0024] 在一个示意性实施例中，主动(active)跟踪系统包括：至少一个主动跟踪线圈；邻近该主动跟踪线圈的至少一个集成电路；跟踪接收器；被配置用于将所接收的信号传输至跟踪接收器的第一MR安全装置；以及被配置用于将一个或多个信号从跟踪接收器传送到线圈处的集成电路的第二MR安全装置。集成电路还可以包括跟踪线圈处的模数转换和频率估计来减少需要在跟踪接收器中进行的处理的数目，从而降低从跟踪线圈位置传递到跟踪接收器的信号与MR成像信号相干扰的可能性。附图说明
[0025] 图1示出了通过RF传输线耦合的传统跟踪线圈和跟踪接收器。
[0026] 图2示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的一方面。
[0027] 图3示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一方面，其中频率估计器电路被放置在线圈处的IC上。
[0028] 图4示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一方面，其中模拟至数字转换器被放置在线圈处的IC上。
[0029] 图5A和5B示出了根据本发明的MR主动跟踪系统的另一可选方面，其中在线圈处的IC处生成基准频率信号。
[0030] 图6A和6B示出了MR主动跟踪系统的另一可选方面，其中在线圈处的IC处供应电源。
[0031] 图7示出了MR主动跟踪系统的另一方面，其中无线模块可被包括在被跟踪的设备中。
[0033] 图9是示例性MR可兼容传导线缆的截面图，该示例性MR可兼容传导线缆形成了沿线缆的长度方向分布的非谐振滤波器并且每个线缆形成了邻近线圈处的IC的可选谐振LC滤波器。
[0034] 图10示出了图9A的非谐振滤波器和可选谐振LC滤波器的详细视图。
[0035] 图11示出了感应线，其中形成自单个导线的多个非谐振电感器被成组到一起并且沿该导线分布且还形成邻近线圈处的IC的可选谐振LC滤波器。
[0036] 图12是被置于示例性感应线缆内侧的共径绕线以及邻近线圈处的IC的可选的谐振LC滤波器的示意图。
具体实施方式
[0037] 参考图2，根据本发明的MR主动跟踪系统10包括线圈处的IC电路，该IC电路包括主动跟踪线圈12；位于邻近主动跟踪线圈处的集成电路14；用于将接收的并下变频的MR信号安全地传送至跟踪接收器20的装置16；以及用于将基准频率、电力、和地电位(ground)从跟踪接收器传送至IC的装置。
[0038] 根据本发明的一个方面，跟踪线圈12可包括电路板上的走线，盘绕导线(coiled wire)，和/或偶极子(dipole)。位于与主动跟踪线圈相邻的集成电路14可包括低噪声放大器22、下变频器24、信号发送级、和/或支持硬件。用于在跟踪接收器和线圈处的IC之间进行传送的装置包括线缆构架16，该线缆构架16包括形成了如下文所述的至少一个非谐振滤波器的导线、一个或多个高阻抗导线、光纤线缆和/或上述的任何组合，这取决于要传输的信号的数目。例如，在图2中所述的示例性实施例中，用线缆16接收两条导线。形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可以可选地包括至少一个谐振LC滤波器。谐振LC滤波器最常放置在邻近线圈处的IC处；然而，谐振LC滤波器可被放置在邻近跟踪接收器处。另外，谐振LC滤波器可包括放置在邻近线圈处的IC的多个谐振LC滤波器，或放置在邻近跟踪接收器处的多个谐振LC滤波器，或者既包括放置在邻近线圈处的IC的多个谐振LC滤波器又包括放置在邻近跟踪接收器处的多个谐振LC滤波器。
[0039] 用于将接收并下变频的MR信号传送至跟踪接收器的导线可包括一个或多个高阻抗导线或者一个或多个光纤线缆。如果用于进行传送的装置包括一个或多个光纤线缆，那么线圈处的IC 11可包括光纤驱动电路和任何所需的支持硬件(例如，调制器)。此外，如果使用了光纤线缆，那么光-电换能器(light-to-power transducer)电路被用于线圈处的IC中。用于将基准频率从跟踪接收器20传送至线圈处的IC 11的装置也可以包括上文针对用于将接收并下变频的MR信号安全地传送至跟踪接收器的装置所述的元件。
[0040] 现在参考图3，本发明的另一方面包括：将频率估计器电路26放置到线圈处的IC 11上，使得频率信息通过MR安全装置16被从线圈处的IC 11传递到跟踪接收器20，通过示例而非限制的方式，该MR安全装置16包括高阻抗导线；光纤线缆(包括光纤驱动电路和任何需要的支持硬件)；或者形成了至少一个非谐振滤波器的导线。可选地，形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可包括至少一个谐振LC滤波器，如下文所述。
[0041] 再次参考图3，线圈处的IC上的下变频器24被示出但可被可选地包括。如果下变频器24被可选地消去，那么用于发送基准频率信号的装置18也可被消去。频率信息信号可以是电压、光代码、其速率表示频率的脉冲信号等等。估计频率的一种方式可以是实现零点交叉(zero-crossing)电路，该零点交叉电路在每次零点交叉时通过光纤线缆向跟踪接收器20发送光脉冲。通过测量脉冲之间的时间，可以进行频率估计。本领域技术人员将认识到：
取决于频率信息信号，模拟至数字转换器也可被可选地消去。例如，上文的零点交叉电路不需要模拟至数字转换器。
取决于频率信息信号，模拟至数字转换器也可被可选地消去。例如，上文的零点交叉电路不需要模拟至数字转换器。
[0042] 主动跟踪系统10的另一方面在图4中示出并且其包括将模拟至数字转换器(ADC)28放置到线圈处的IC 11上，使得数字信号通过MR安全装置16被从线圈处的IC 11传送至跟踪接收器20。MR安全装置16可包括高阻抗导线；一个或多个光纤线缆(包括光纤驱动电路和任何需要的支持硬件)；形成了至少一个非谐振滤波器的导线，或者上述各项的任何组合。
本领域技术人员将认识到：包含或形成了至少一个非谐振滤波器的任何传导路径被视为在本发明的范围内。可选地，形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可包括至少一个谐振LC滤波器，如下文所述。
本领域技术人员将认识到：包含或形成了至少一个非谐振滤波器的任何传导路径被视为在本发明的范围内。可选地，形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可包括至少一个谐振LC滤波器，如下文所述。
[0043] 再参考图4，用于模拟至数字转换器28的ADC时钟信号30可通过MR安全装置16从跟踪接收器20传送至线圈处的IC，该MR安全装置包括高阻抗导线、一个或多个光纤线缆(包括光纤驱动电路和任何需要的支持硬件)、或者形成了至少一个非谐振滤波器16的导线或者上述各项的任何组合。如上所述，本领域技术人员将认识到：包含或形成了至少一个非谐振滤波器的任何传导路径被视为在本发明的范围内。可选地，形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可包括至少一个谐振LC滤波器，如下文所述。因此，在一个示例性实施例中，供应线圈处的IC的电源线是感应式的。
[0044] 图4中示出的发明可以可选地包括下变频器24或频率估计器26。如果下变频器24被消去，那么不需要基准频率信号并且导线18也可被消去。如果需要基准频率信号，那么导线18还可被用于生成ADC时钟信号30。此外，在IC顶端处的频率估计器26也是可选的并且此功能可位于跟踪接收器20处，如图2中所示。
[0045] 现在参考图5A和5B，示出了发明10的另一方面。除在线圈处的IC中生成基准频率信号之外，线圈处的IC可包括图2-4中所述的任何元件，例如下变频器、频率估计器等等。这消去了对于从跟踪接收器20递送基准频率信号的导体的需求。这可以数种方式来实现，例如如图5A中所示在线圈处的IC上包括振荡器32和支持电路、或者在线圈处的IC上使用传感线圈34和支持电路来对MR传输激励脉冲进行采样并根据MR传输激励脉冲来生成频率基准信号。频率生成器36将使用所接收的MR激励脉冲载波来生成频率基准信号。如果使用了传感线圈，传感线圈34还可包括跟踪线圈。可替换地，传感线圈34可被置于邻近跟踪线圈处(未示出)。可替换地，如图5B最佳地所示，线圈处的IC可既包括跟踪线圈又包括传感线圈。本领域技术人员将认识到：本发明可包括多个跟踪线圈，其中每个跟踪线圈被耦合至相应的IC和通信线；或者本发明可包括多个跟踪线圈，其中每一个跟踪线圈被单个通信线耦合至单个IC，这两种情形都在本发明所意图保护的范围内。本领域技术人员还将认识到：在不背离本发明的范围的情况下，本发明还可包括多个跟踪线圈，其中每一个跟踪线圈被单个通信线耦合至单个IC，其中该IC并入了在单个线上传输多个通信信号的诸如复用的方法。
因此，线圈处的IC可包括一个或两个线圈。如果使用一个线圈，那么该线圈在一个电路中既是跟踪线圈也是传感线圈。可替换地，该电路可被分离以形成两个电路。如果使用两个线圈，即传感线圈和跟踪线圈，那么每个线圈可具有其自身的专用电路。传感线圈34的输出可以可选地被低噪声放大器22所放大，如图5B中所示，或者由它自身的内部低噪声放大器来放大，以用于生成基准频率信号。然而，本领域技术人员将认识到：如果MR激励脉冲具有高幅度，那么低噪声放大器22可以被可选地消去。
因此，线圈处的IC可包括一个或两个线圈。如果使用一个线圈，那么该线圈在一个电路中既是跟踪线圈也是传感线圈。可替换地，该电路可被分离以形成两个电路。如果使用两个线圈，即传感线圈和跟踪线圈，那么每个线圈可具有其自身的专用电路。传感线圈34的输出可以可选地被低噪声放大器22所放大，如图5B中所示，或者由它自身的内部低噪声放大器来放大，以用于生成基准频率信号。然而，本领域技术人员将认识到：如果MR激励脉冲具有高幅度，那么低噪声放大器22可以被可选地消去。
[0046] 如本领域技术人员将认识到的那样，图2-5中所示的系统需要电力。现在参考图6A，如果电力是由跟踪接收器20供应的，那么通过如上所述的那些MR安全连接(例如，高阻抗导线，光纤线缆，或者形成至少一个非谐振滤波器的导线)将电力路由至线圈处的IC。如果使用光纤线缆，那么光-电换能器电路被用于线圈处的IC中。本领域技术人员将再次认识到：包含或形成了至少一个非谐振滤波器的任何传导路径被视为在本发明的范围内。可选地，形成了至少一个非谐振滤波器的导线或传导路径可包括至少一个谐振LC滤波器。
[0047] 参考图6B，示出了根据本发明的主动跟踪系统的另一方面。用于线圈处的IC的电力由线圈处的IC来提供。主动跟踪系统600通过使用传感线圈634和电力生成电路(本领域技术人员所知的传统的AC至DC转换技术)从MR传输激励脉冲中获得能量来在线圈处的IC 611上生成电力，这类似于RFID应用。在这样的系统中，传感线圈634可以是跟踪线圈或者可以不是跟踪线圈。传感线圈634针对1.5特斯拉(Tesla)MRI获得64MHz的无线电频率信号或者针对3.0特斯拉MRI获得128MHz的无线电频率信号，该信号被传递通过调谐电路614，创建被供应至线圈处的IC电路的电力生成。如图6B中所示，下变频信号和基准频率信号被传递通过线缆616，如在其他实施例中一样，该线缆616包括高阻抗导线，光纤线缆，形成非谐振滤波器和可选的谐振LC滤波器的导线，以及上述各项的任何组合。如果使用光纤线缆，那么光-电换能器电路被用于线圈处的IC中。当MR安全导线被用于线缆构架616中时，DC电压以最小的损耗进行传递。
[0048] 现在参考图7，示出了本发明的另一方面。除了无线模块736可被包括在被跟踪设备中的近端处(因而与也包括无线模块的跟踪接收器720进行无线通信)之外，图7的发明可包括图2-6中所示的发明的各方面的任意方面。无线模块736可为无线电或轮询设备(polled device)。被跟踪的设备可建立与接收器720的持续的无线通道或者它可由跟踪接收器进行轮询。如果被跟踪的设备被轮询到，那么它可由轮询设备提供电力或者不由轮询设备提供电力，与RFID应用类似。
[0049] 上述实施例还可包括多个跟踪线圈，其中每个线圈具有相应的IC和(一个或多个)传输线；或者多个跟踪线圈，其中的每个线圈被单个通信线耦合至单个IC。本领域技术人员将认识到：其中的每个线圈被单个通信线耦合至单个线圈处的IC的多个跟踪线圈可并入在单个导线上传输多个通信信号的机制或方法，例如复用或者本领域技术人员所知的类似方法。
[0050] 现在参考图8-12，现在将描述用于或用作线缆构架16、616、716的示例性感应式线缆(inductive cable)。为了简明的目的，我们将只用标号16来指代下文公开中的线缆构架。然而，本领域技术人员将认识到：诸如616和716处所示的线缆构架也在本发明的范围内。
[0051] 图8是示出了本发明的感应式线缆的某一方面的示意图。感应式线缆200可广泛地包括具有第一端212和第二端214的细长体210并包括位于其中的管腔216。感应式线缆200可操作地在第一端处被连接至线圈处的IC 11并且在第二端处被连接至跟踪接收器20或者可替换的跟踪接收器620、720。本领域技术人员将认识到：图8-12中所示的线圈处的IC 11可包括图2-6中所示的实施例的任意线圈处的IC。管腔216中居有电路220。电路220包括形成多个间隔的滤波器组件224的至少一条感应式导线222。每个电路可由单一连续长度的非磁性导线构成，诸如铜、钛、钛合金、钨、金、MP35N及前述的组合。可选地，每个电路可包括多段导线。与图1描述的实施方式一样，导线222为诸如可用热、化学或胶粘合的粘合线，以使在利用一条导线制造的过程中形成滤波器。这不需要每个滤波器224的每个端的连接点，从而改善了电路220的机械耐久性并降低了其制造成本。在示出的实施方式中，导线组件(assembly)200包括位于靠近并接近线圈处的IC接口228的可选谐振LC滤波器226。图8-12中所示的谐振LC滤波器226、326、327、526、626、和627是可选的。可选的谐振LC滤波器导线组件226适用于有效阻止RF感应电流离开导线200并传递进线圈处的IC。可选的谐振LC滤波器226通过构造成使得滤波器的感性和容性特性一起谐振以在关注的MRI RF频率下(例如，约1.5特斯拉MRI的64MHz或3.0特斯拉MRI的128MHz下)产生高阻抗来有效阻断RF感应电流。沿导线长度分布的滤波组件224在电流到达谐振LC滤波器226之前减弱了导线自身上的感应电流，从而避免了谐振LC滤波器226过度加热。引线长度约为1米时，滤波组件224一起沿整个电路220优选产生了至少1,000欧姆以上的阻抗。本领域的技术人员应认识，整个阻抗的数量将随着引线长度的改变而发生变化。各个滤波组件224可包括由约45匝的导线222构成的感应器(inductor)，当感应器大小符合8F的导管(假设感应器的内径为0.045英寸)时，产生约150欧姆的电阻。较大直径的感应器产生相同的阻抗只需要较少匝数。滤波组件224可以非均匀间隔，使得组件之间的各段导线具有不同的谐振频率，或基本上均匀地间隔。
[0052] 现在参考图9，示出了本发明的一个实施例的详细截面图。导线组件300包括由护套311包围的细长体310。细长体310包括第一端312和第二端314，并包括位于其中的管腔316。第二端314适于连接至在病人体内或体外的电子控制器，并可包括连接器(未示出)。管腔316容纳电路320、321。电路320、321均包括分别位于导线组件300的管腔316内的一条传导导线322、323。每条传导导线322、323包括单段传导导线，每段分别形成多个相间隔的滤波器组件324、325。滤波器组件324，325包括沿传导导线322、323的长度间隔分布的非谐振滤波器或感应器。
[0053] 第一和第二传导导线322、323彼此电绝缘。第一和第二传导导线322、323都包括绝缘或非导电涂层。优选地，绝缘涂层为诸如聚氨酯、尼龙、聚酯、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺以及前述的组合的热粘合材料。可选地，只有一条导线是绝缘的。导线绝缘包括前述的粘合材料。此外，如图10最佳地可见，当导线322、323都缠绕其中限定管腔的非导电管330上时，电路320、321还是电绝缘的。管330可由有机硅材料、铁氟龙、膨胀四氟乙烯(eTFE)、聚四氟乙烯(pTFE)等制成，如下文所述。将非谐振滤波器324，325或感应器缠绕在非导电管330上便于构造感应器以及谐振LC电路。此外，当非导电管330在细长体内侧时有利于使电路保持灵活性和可操作性。有利地，在外科手术或介入治疗中所需或要使用的其他物品(诸如光缆、滴注管腔和同轴电缆)也可穿过管330的管腔。
[0054] 参考图9，管腔316容纳了分别包括导线322、323的电路320、321。如前所述，每条导线322、323形成包括非谐振滤波器的多个间隔的滤波器组件324、325。如前面的实施方式，可选地，每个电路可由单一连续长度的非磁性导线(诸如铜，钛、钛合金、钨、金、MP35N以及前述的组合)构成。然而，可选地，每个电路可由多段导线构成或包括由单独段的导线连接的离散滤波器组件。如果所有滤波器都由一段导线构成，则重要的是，该导线为例如用热、化学或胶粘合的粘合线，以使在利用导线制造的过程中形成滤波器，如下文所述。
[0055] 现在参考图10，基本上相同地构造每个电路320、321。导线322、323缠绕在优选由聚酰亚胺、聚烯烃、pTFE、eTFE、聚醚酮(PEEK)或其他类似柔性材料制成的柔性管330上。在制造过程中，将刚性杆(未示出)放置在柔性管330内侧以为导线装配过程提供附加支撑。在制造后，杆被移除并将带有电路构架的柔性管道330放置在细长体310中。
[0056] 每个电路320、321被分离地构造，第一电路320由最近端谐振LC滤波器326开始从远端到近端进行构造。因此，假设多个电路，与下一个最远端谐振LC滤波器327相关的导线通过最近端的谐振LC滤波器的上方。将导线通过谐振LC滤波器的下方会给谐振带来不利影响。另一方面，将导线通过非谐振感应器的下面不会对其性能产生负面影响。因此，示例性谐振LC滤波器326通过将导线322分层以形成三层335、336、337来构造。内层至外层的匝数比大约为3∶2∶1，产生了固定物理几何形状的谐振LC滤波器。构造谐振LC滤波器对本领域的技术人员来说是显而易见的，许多实施方式应满足本发明的要求。例如，电容器可与电感器平行放置。其他类型的谐振LC滤波器也落入本发明的范围内。
[0057] 在示例性实施方式中，构造多层的盘绕导线，使得各层与各匝之间的电容提供满足谐振条件所需的电感电容比并提供在谐振频率处的最大阻抗。如前文所述，可使用三层，内层至外层的匝数比约为3∶2∶1。该比例导致较高的结构完整性、可加工性和可重复性。在示例性实施方式中，其中，谐振LC滤波器的谐振频率大约为64MHz来阻断来自1.5特斯拉MRI的RF，内层可包括30匝，中间层可包括20匝，外层可包括10匝。总的来说，确切的匝数由可用空间和所需谐振频率确定。谐振LC滤波器的阻抗、带宽和品质因数可通过修改滤波器的电容与电感的比值进行调整。通过改变匝数、层数、层之间的匝比或所有这些值来实现该目的。例如，在一匝、两匝或三匝的各种情况下比值可能发生改变，以获得期望的滤彼器特性。
[0058] 如果可选的谐振LC滤波器被包括在感应式电缆中，那么在形成最近端谐振LC滤波器326之后，第一导线322螺旋缠绕在管道330上。本领域的技术人员应理解，连接段332没有必要绕管道330包括特定匝数。相反，重要的是按照以下方式缠绕导线，即具有一定程度的松弛量或“发挥余地(play)”从而使导线组件在使用期间保持灵活性。接下来，通过将导线322盘绕在柔性管330上来形成感应器324。每个感应器324可通过将导线322螺旋缠绕或盘绕约四十五匝来构成，当感应器大小符合8F的导管(假设感应器的内径为0.045英寸)时，产生约150欧姆的电阻。然而，本领域的技术人员应理解，较大直径的感应器产生相同的阻抗只需要较少匝数。感应器324可以非均匀间隔，使得它们之间的各段导线具有不同的谐振频率，或可以基本上均匀地放置。
[0059] 接下来构造第二电路321，基本上与电路320相似。本领域的技术人员应理解，图9和10所示的示例性导线组件包括两个电路320、321。然而，可构造任意数量的电路。例如，在一个示例性结构中，均包括多个非谐振滤波器和可选的谐振LC滤波器的四个电路都电耦接至线圈处的IC。在另一示例性结构中，均包括多个非谐振滤波器和可选的谐振LC滤波器的十个电路均电耦接至线圈处的IC。可构造任意数量的电路。然而，在每种情况下，首先构造包括最近端谐振LC滤波器的电路，最后构造包括最远端谐振LC滤波器的电路，使得容纳在导管内的多条由此产生的导线具有在所有近端谐振LC滤波器上通过的连接导线段。例如，只要首先构造包括最近端谐振LC滤波器的电路，就可通过首先从近端(而不是远端)开始来构造电路320、321。这样，随后构造的电路的连接导线段总会在所有相邻的近端谐振LC滤波器上通过，从而不会干扰谐振。其他导线装配技术对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0060] 现在参考图11，示出了用于将跟踪接收器连接至线圈处的IC的线缆的一个实施例。在该示例性电路520中，多个较小的非谐振滤波器524成组在一起构成沿传导导线522的长度以间隔关系设置的多个感应器540。这种滤波器成组总体增加了每个非谐振滤波器的阻抗，并减少了沿传导导线522的电流。如在其他实施方式中，在线圈处的IC接口处的滤波器组件528包括适于有效阻止RF感应电流离开导线组件500进入线圈处的IC中的谐振LC滤波器526。沿导线522的长度分布的非谐振滤波器524的群组540在导线自身上感应的电流到达谐振LC滤波器526之前减弱了此电流，避免了谐振LC滤波器过度加热。非谐振滤波器524的群组540还可减弱谐振LC滤波器526反射出来的RF电流，从而减弱来自谐振LC滤波器526的强反射功率。
[0061] 本领域技术人员将认识到：用于将线圈处的IC连接至跟踪接收器的创造性的感应式线缆可只包括如图11中被成组或者如图8中所示沿导线构架分布的多个非谐振滤波器。
[0062] 现在参考图12，示出了可选的感应式线缆600。如图12中所示，两条导线640、650以共径向方式设置并缠绕。共径向缠绕的导线640、650共享绕组中心的通用磁通量通道，使得两条导线上存在的共模射频RF趋向抵消并从而被减弱。可将共径向方式扩展到两条导线以上，并可包括任意数量的共径向缠绕导线。本领域技术人员应理解，共径向缠绕的导线用作非谐振滤波器。
[0063] 导线组件600包括由可选护套611包围的细长体610。细长体610包括第一端612和第二端614，并包括位于其中的管腔616。第二端614适于连接至在病人体内或体外的电子器件，并包括连接器(未示出)。管腔616容纳共径向缠绕传导导线640、650。在可替代的实施方式中，如图6C最佳地所示，共径向缠绕导线640、650可被嵌入在护套611之中。每条共径向缠绕导线640、650均包括单段传导导线，从而无需结合点并减少了导线机械故障的可能。传导导线640、650沿相同的方向缠绕，线匝具有相同的直径。当导线组件暴露于RF场时，如在MRI扫描期间，共径向缠绕导线640、650趋向于阻止较高频率共模RF电流沿各个传导电线的长度传输。每条共径向缠绕传导导线640、650可具有相同或不同的匝数。然而，优选地，传导导线640、650包括相同的匝数，以最大程度减少线匝RF泄漏，这种泄漏使RF电流阻止的效率变低。共径向缠绕导线640、650接近谐振LC滤波器组件基本上沿导线组件的整个长度延伸。在其他实施方式(未示出)中，共径向传导导线可以只沿引线体的一部分延伸。
[0064] 在示例性盘绕结构中，第一和第二传导导线彼此电绝缘。第一和第二传导导线640、650可包括绝缘或非导电涂层。绝缘涂层可由聚氨酯材料、尼龙、聚酯、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、有机硅材料、铁氟龙、膨胀四氟乙烯(eTFE)、聚四氟乙烯(pTFE)等制成。可替代地，只有一条导线是绝缘的。在任何情况下，导线应彼此电绝缘。
[0065] 与前述实施方式一样，每条共径向缠绕导线640、650由单一连续长度的非磁性导线(例如，铜、钛、钛合金、钨、金、MP35N以及前述的组合)构成。如果每条导线由一段导线构成，则导线可以是例如用热、化学或胶粘合的粘合线，以使在利用导线制造的过程中形成滤波器。可替代地，可使用多段不连续的导线，并仍落在本发明的范围。在这种情况下，导线可用有机硅铸造并在某些位置进行热处理以确保导线不移位。可替代地，可使用胶水或具有足够刚性以便在弯曲时保持其形状的导线来防止包括电路的导线移位。
[0066] 如果包括第一和第二谐振LC滤波器组件626、627，则它们被构造为如上所述。谐振LC滤波器626、627可靠近并接近线圈处的IC放置以有效阻止RF感应电流离开导线组件，从而降低了对线圈处的IC的损坏的可能性。共径向缠绕导线640、650用作非谐振滤波器并减弱导线自身上的感应电流，从而避免过度加热。
[0067] 和其它感应式线缆构架一样，导线640、650被共径向缠绕在优选由聚酰亚胺、聚烯烃、pTFE、eTFE、聚醚酮(PEK)或其他类似柔性材料制成的柔性管340上。在使用共径向缠绕导线和每条导线上的离散感应器之间的选择取决于多种因素。共径向缠绕导线可适合应用于较小直径的引线，因为一条导线从不需要在另一条导线上方或下方通过，除在谐振LC滤波器处之外。然而，离散电感方式的阻抗可更具可预测性，不取决于设备的长度或弯曲度。
[0068] 在本文提出的各种实施例中，导体包括足够的横截面积来使得：在1.5特斯拉MRI的64MHz的MR操作频率处，导体的电阻足够低以确保导线的焦耳加热最少。在一个实施例中，导线可以是用于大约一米长的电路的36AWG铜磁导线。数值模拟(例如，时域有限差分方法(FDTD)或矩量法)可用于估算用于特定装置的期望电流。所使用的导线的长度和病人体内的期望轨迹确定整个电路所需的总阻抗。因此，针对任何特定长度的导线，于是可以选择适当的计量器。
[0069] 100mA DC的电流在一段短的40AWG盘绕导线中导致温度上升大约10°。对于36AWG的导线，温度的上升被降低到2°的温度上升。对于AC，导体的电阻随频率增加。在将DC电阻和60MHZ的电阻相比较时，增加五折或更多是可能的，对于相同功率输入，直接转化为导体更大的温度上升。根据本发明的新型导线构架被配置为被集成到10F以下的导线组件或导管中。
[0070] 尽管本发明已经针对所公开的实施例进行了描述，但在不背离本发明的范围的情况下，可对讨论的示例性实施例做出各种修改和增加。例如，尽管上述实施例涉及具体特征，但此发明的范围同样包括具有不同特征组合的实施例以及不包括所有所述特征的实施例。从而，本发明的范围旨在包含落入本权利要求范围的所有替代、修改和变更以及其所有等同物。
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