JP5081244B2 - Rfフィールドで用いるrf融除のための介入装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、肝臓、前立腺又は腎臓における腫瘍融除のための、又は、一般に、電気生理学的(EP)介入で用いるための、体の組織のRF融除のための融除カテーテル又は経皮融除プローブ(又は針)と、接続送信パスとを有する介入装置であって、特に、MR撮影システムのRF電場及び/又は磁場で用いるために、及び特に、MR画像におけるカテーテル又はプローブを視覚化するために備えられている、介入装置に関する。本発明は更に、そのような介入装置を有するMR撮影システムに関する。
米国特許第6,246,896号明細書においては、2つの目的を達成する追跡コイルを有するMRI案内融除システムについて開示されている。先ず、そのシステムは、患者の体内の正確な治療位置に融除装置を案内するように医師を支援するようい用いられるMRIシステムについてのNMR追跡データを提供し、その後、そのシステムは、標的組織に対して熱生成エネルギーを供給する融除システムにより用いられる。これを達成するために、MRIシステムにより動作されるスイッチは、NMRパルスシーケンスにより位置測定を実行するときに、MRIシステムにおける受信器にトラッキングコイルを結合するか又は、組織の融除を実行する融除制御部に結合するかのどちらかである。
米国特許第6,246,896号明細書
米国特許第6,246,896号明細書に開示されている融除システムの不利点は、カテーテル追跡及び組織融除は同時に行うことができないことであることは明らかである。更に、位置測定の間に、MRシステムによる(及び、通常のMR撮影中に)RF送信(B1磁場)のために、融除装置と、MRIシステムのスイッチ又は他の構成要素と融除装置を接続するケーブル又は送信パスは、ケーブル又は送信パスにおける定在波のために無意図的に加熱され(隣接する患者の体の組織をも)、それ故、患者に苦痛が与えられるという相当なリスクを有している。
しかしながら、MR撮影システムにおけるRF融除カテーテル又はプローブの追跡、案内及び視覚化についての大きい要請が存在している。MR撮影は良好なコントラストを伴って組織の視覚化を可能にすることのために、融除処理の間に融除される組織をモニタリングすることが可能である。更に、撮影される心臓の動き及び組織内の流れの動力学は、融除処理中も、モニタリングされることが可能である。このことは、介入が実行されるとき、心臓機能の優れた評価を行うことを可能にする。更に、MR撮影中、心臓内電子写真(IEGM)を記録することが可能であり、電気生理学的/MR撮影カテーテルと組み合わせることにより、IEGM記録及び動作中の追跡が、複数の診断EP処理において同時に実行されることが可能である。
本発明の基礎となる目的は、冒頭で述べている介入装置であって、その装置において、介入装置の、特に、RF定在波のための接続ケーブル又は送信パスの不所望の加熱が、特にMR撮影システムのRF電場及び/又は磁場を介してもたらされるときに、少なくとも実質的に回避され、その送信パスにおいて、融除電力が、接続されているRF融除カテーテル又はプローブに送信されることが可能である。
その目的は、RF電場及び/又は磁場で用いるRF融除のための介入装置であって:
− RF融除電力を供給する融除電極と、MR信号を受信する及び/又はRF信号を押す審するMR/RFマイクロコイルとを有する融除カテーテル又はプローブ;並びに
融除カテーテル又はプローブに接続されている送信パスであって、
送信パスが曝される第1周波数のRF磁場により送信パスにおいてもたらされるコモンモードの電流が、少なくとも実質的に阻止されるように
1周波数より高い所定の第2RF周波数(f)を有するRF融除電力は、送信パスにおいて送信される、組織の好ましい融除のために必要な程度である又は少なくとも実質的に必要であり、送信パスにおいてコモンモード電流の形で送信されるように、そして
MR/RFマイクロコイルにより受信される及び/又は送信されるMR信号及び/又はRF信号が微分モード電流の形で送信パスにおいて搬送されるように、
ハイパスフィルタ特性を有する少なくとも1つの結合要素により電気的に結合された少なくとも2つのラインセグメントを有する、送信パス;
を有する、介入装置により達成される。
介入装置は、所定のハイパスフィルタ特性を有する所定の結合要素に基づいて実現されることが可能であり、その場合、好ましい融除電力量が上記の送信パスにおいて送信されるように、第2周波数が選択され、及び/又は、介入装置は、所定の又は好ましい第2周波数に基づいて実現されることが可能であり、その場合、結合要素、及び特にそのハイパスフィルタ特性は、上記の送信パスにおいて好ましい融除電力量を送信するように、選択される。
この達成は、RF送信(MR撮影についてのB磁場の生成)及び送信パスにおけるRF融除電力の供給が、そのパスの不所望の加熱を同時に伴わずに行うことが可能であるという有利点を有する。RF送信はRF融除と同時に行われるために、MR画像における融除カテーテル又はプローブの追跡又は視覚化(例えば、既知の能動方法又は受動方法による)は、組織の融除(及び/又は硬化)と同時に行われることを可能にし、融除処理中に実際に融除される組織は、血管内MR撮影により実質的にリアルタイムに又はオンラインでモニタリングされることが可能である。
この達成の他の有利点は、融除電極にRF融除電力を供給する付加ケーブルを必要としないことである。このとき、カテーテルの低背化が得られ、RF融除における定在波による安全性課題は発生しない。
従属請求項は、本発明の有利な実施形態について開示している。
請求項2及び3の実施形態に従った結合要素は、それらが関連周波数について比較的簡単な方法で実現され、それ故、適切な結合及び浮遊容量が達成できるという有利点を有する。
請求項4に従った実施形態は、融除カテーテル又はプローブが、MR撮影システムにより生成されるMR画像においてよく規定され且つよく区別できるように、追跡、案内及び/又は視覚化される(特に、MR/RFマイクロコイルにより検出されるMR信号により)という有利点を有する。
請求項5に従って実施形態は、ただ1つの送信パス、ライン又はケーブルが、融除カテーテル又はプローブに融除電力を供給するために、そしてこのコイルとMR/RF受信器及び/又は送信器との間のMR/RFマイクロコイルにより検出される及び/又は送信されるMR/RF信号を供給するために、必要であるという有利点を有する。
請求項及び7に従った実施形態は、異なる撮影システムにおける別個のユニットとしての、そしてそのような特定の種類システムから独立している、MR案内融除のためのコンパクトな介入装置が、用いられることが可能である。
最後に、請求項に従って、本発明に従った介入装置は、体の組織のRF融除及び/又は硬化のための方法において有利に用いられることが可能である。本発明の更なる詳細、特徴及び有利点については、図に関連付けて記載されている本発明の好適な且つ例示としての実施形態の以下の説明により明らかになる。
MR撮影装置の側面図である。 本発明に従ったカテーテルシステムの形式にある介入装置を示す図である。 本発明に従った2つのケーブル部分を接続するトランスの模式図である。 上記トランスの例示としての実施形態の平面図及び断面図である。
図1は、磁場及びRFパルスの生成のために、並びに検査ゾーン1においてMR緩和信号を受信するために重要であるMR撮影システムの重要な構成要素を示している。検査ゾーン1の上下には、磁束密度(磁気誘導)が数十テスラ乃至数テスラの範囲内のオーダーにあることが可能である、本質的に均一な主磁場(検査されるオブジェクトにおける核スピンを方向合わせするB磁場)を生成するように機能する、それぞれの磁石システム2、3を備えている。主磁場は、患者の長手方向軸に対して垂直な方向(即ち、x方向)において、本質的に患者Pを通って延びている。
RF送信コイル4に関して平面的な又は少なくとも略平面的なRF導体構造(表面共振器)は、MR周波数のFRパルス(B磁場)を生成するように機能し、それにより、核スピンは、検査される組織において励起され、前記RF送信コイルはそれぞれの磁石システム2及び3において備えられている。MR/RF受信コイル5は、組織における後続の緩和イベントを捕捉するように機能し、それらのコイルはまた、磁石システム2、3のうちの1つにおいて備えられている表面共振器により構成されることが可能である。共通MR/RF表面共振器はまた、それが適切に切り換えられる場合に、送受信のために用いられることが可能であり、又は、2つのRF表面共振器4、5が、共通する交互のRFパルスの送信及びMR信号の受信のために機能することが可能である。
更に、MR/RFマイクロコイルにより検出されるMR信号の及び患者P(励起状態の局在化)の組織から発せられる緩和(MR)信号についての空間的識別及び分解能について、複数の傾斜磁場コイル7、8がまた、備えられ、それにより、x軸方向に延びている3つの傾斜磁場が生成される。その場合、第1傾斜磁場はx軸方向において実質的に線形に変化する一方、第2傾斜磁場はy軸方向において実質的に線形に変化し、そして第3傾斜磁場はz軸方向において実質的に線形に変化する。
電子アクセサリ装置又は付属装置が、所定の検査のために必要である。そのような装置には、例えば、平面MR/RF受信コイル5(全身コイル)に付加して又はそれの代替として用いられ、患者に又は検査されるゾーンに直接、MR受信コイルとして備えられるMR/RF表面コイル6がある。それらのMR/RF表面コイル6は、一般に、フレキシブルなパッド又はスリーブとして構成される。
更に、患者Pの処置を実行する、組織サンプルを抽出する又は融除する、組織パラメータを決定する、又は腫瘍を融除するように、体の組織のRF融除(及び/又は硬化)のための、例えば、肝臓、前立腺又は腎臓における腫瘍融除のための、又は、一般に、電気生理学的(EP)介入で用いるための、融除カテーテル10であって、患者の体内に導入され、その位置は正確に追跡され、案内され、MR撮影システムの表示スクリーンにおいて視覚化される、融除カテーテル10を有する介入装置が使用される。
より詳細には、MR撮影中にRF融除処理を実行することは、2つの別個の処理であって、RF電極のインタラクティブ案内(例えば、標的腫瘍への)と治療効果のモニタリングとを有する。電極の案内についてMR撮影を用いる正当性は、生体組織測定処理及び呼吸処理を案内するように用いることとかなり類似していて、MR撮影は、軟らかい組織の優れたコントラスト、多平面処理能力、及び選択された障害における安全な且つ正確な案内を容易にする高い血管誘目度に関する有利点を提供する。RF融除処理へのMR撮影の主な寄与は、瞬間的な加熱処理に関連する組織変化をモニタリングする能力、即ち、何れかの他の現在、利用可能な撮影モダリティが匹敵することができない属性である。そのような能力は、後続のインタラクティブな、治療中のRF電極の再位置決めのために不適切に治療された腫瘍の標的を検出するように支援することにより、融除のための制御方法を容易にする。従って、MR撮影案内及びモニタリングは、一回のアクセスに基づいて全腫瘍の治療を可能にし、過度の治療を回避し、しばしば危うくなってしまう必要な器官機能を維持することが可能である。
一般に、MR案内EP処理の間、次の4つのタスクが実行される必要がある。
1.リアルタイムのMR撮影及びカテーテル追跡は、カテーテルを案内するように実行される必要がある。これは、1.5TのMRスキャナについて64MHzのラーモア周波数においてMR撮影システムのRF送信コイル4によるRFパルスの頻繁な送信を必要とする。
2.カテーテルの位置は追跡され、リアルタイムのMR画像において視覚化される必要がある。これは、64MHzにおいてμV領域でカテーテルの先端におけるMR/RFマイクロコイルのMR信号が関係している能動又は受動追跡スキームを用いて実行されることが可能である。
3.IEGM信号は、バイポーラ電極を用いて測定される。その信号は、0乃至10mV領域及び0乃至500Hzの周波数帯域(腫瘍融除には必要ない)にある。
4.RF融除は、カテーテルにおける単極先端電極(融除電極)を、そして患者の胴体又は手足に領域面電極を用いて実行される。融除は、通常、約30乃至約60secについて約30乃至約50Wの末端部電力、及び典型的には500kHzの周波数で実行される。
冒頭の段落で述べているように、1つの課題は、上記のタスク1で述べているリアルタイムの撮影についてのRFパルスの送信のためのケーブル又は送信経路の不所望のRF加熱及び定在波をもたらすことなく、介入装置内の1つのケーブルにおいて、上記のタスク2乃至4で述べている信号を送信することである。
図2は、本発明の好適な実施形態に従った介入装置の模式図である。
その介入装置は、融除電極101と、患者Pの体内に導入される融除カテーテル10の先端のMR/RFマイクロコイル102とを有し、患者Pは面電極109上に位置付けられている。融除カテーテル10は、接続ユニット106と、ケーブル、送信ライン又は送信パス103を介して接続されている。
ラーモア周波数(第1周波数)においてRF送信コイル4により送信されるRFパルス(B磁場)のための送信パス103のRF加熱を回避するように、送信パス103は、特に、少なくとも1つのコンデンサの形でハイパスフィルタ特性を有する結合要素105により互いに接続されている複数のラインセグメント又はセクション104′,104′′,...を有する。結合要素105は、前記RFパルスにより生じるコモンモードRF電流を阻止するように備えられ、それ故、送信パス103は、RFパルスの周波数において“MRセーフ(MR safe)”であるように作られている。
結合要素は、好適には、トランスの浮遊容量Csの形でコンデンサを有するトランスである。
そのようなトランスベースのセーフ送信ライン(STL)は、従来から知られているものを備えることが可能である。例えば、国際公開第2005/103748号パンフレットに記載されているトランスにより互いに結合されたラインセグメントを有するMRセーフ送信パスを用いることが可能である。代替として、国際公開第2006/003566号パンフレットに記載されているPCB送信ライン及びトランス、及び/又は国際公開第2006/067703号パンフレットに記載されている隣接するリード又はラインセグメントの少なくとも一部において電気的に延長している分布回路要素の形のトランスも用いられることが可能である。
MR/RFマイクロコイル102により受信される(又は、検出される)MR信号(特に、追跡又は局部撮影信号)、及び/又はMR/RFマイクロコイル102(MR画像におけるカテーテル又はプローブの受動又は能動局在を目的として)により送信されるRF信号は、送信パス103及び接続ユニット106を介してMR/RF受信器/送信器108に供給される必要がある(上記タスク2)。このために、結合要素105(特に、トランス)が、それらのMR/RF信号が微分モードの電流の形で結合要素105を通ることが可能であるように備えられている。
更に、RFアンプ107が、結合ユニット106及び同じMRセーフ送信パス103を介して融除電極101に供給されるRF融除電力を生成するように備えられている(上記タスク4)。
これを可能にするように、RFアンプ107が、ラーモア周波数以上の第2周波数f、例えば、周波数f=200MHz又はそれ以上においてRF融除電力を生成するように備えられ、それ故、MRセーフ送信パス103のコモンモードは、融除電極101に少なくとも好ましい範囲までのこのRF融除電力を搬送するように用いられることが可能である。従って、第2周波数fはまた、少なくとも1つの結合要素105の送信特性に応じて選択される。それ故、RF融除は、上記タスク4に記載しているように、300kHz乃至1MHzの範囲内の一般に用いられる融除周波数帯域に比べて高い周波数fで実行される。
換言すれば、RFアンプ107は、ルーモア周波数よりかなり高い第2周波数fでRFアンプ107により生成されるRF融除電力を搬送するようにコモンモードで接続ユニット106及び送信パス103を介して融除電極101と接続されていて、同時に、MR/RFマイクロコイル102は、MR/RFマイクロコイル102により送信されるRF信号又は受信される追跡又は撮影MR信号の形で画像情報を搬送するように微分モードで同じ送信パス103及び接続ユニット106を介してMR/RF受信器/送信器108と接続されている。
従って、接続ユニット106は、次の3つのタスクであって、
− 融除電極101へのRF融除電力についての一方向コモンモード接続
− MR受信器/送信器108へ/からのMR/RF信号についての微分モード接続
− RFアンプにより生成されたRF融除電力からのMR受信器/送信器108の分離
が実行される。
接続ユニット106は、複数の分離器及び複数のフィルタのネットワークの形で実現され、その詳細なレイアウトについては、当業者には明らかである。
図3は、トランス105の形で好適な結合要素により互いに接続されている送信パス103の2つのリード、ラインセグメント又はセクション104′、104′′を示している。トランス105は、第1インダクタンスL、第2インダクタンスL及びそれらの間の浮遊容量Cを有する。RF融除電力の周波数fは、浮遊容量Cを介してコモンモードでトランス105を通ることが可能であるように選択される。従って、浮遊容量Cは、RFアンプ107から融除電極101へのRF融除電力のコモンモード送信について有効である。
リードセグメント104′、104′′及びトランス105のインピーダンスは、容量C1、C2及び/又は誘導性の少なくとも2つのインピーダンス要素と共に、少なくとも1つのT、L及び/又はπ四極を有する少なくとも1つの整合ネットワーク1051、1052により互いに整合されている。
下において、図4(A)に平面図で及び図4(B)に断面図で示しているトランスと、第1直列コンデンサC及び第2並列コンデンサCを各々、有する整合ネットワーク1051、1512の好適な実施形態について、詳細に説明する。
トランス105は、各々が、約50nmの長さLeと、約0.5mmのループのラインの距離Bと、約0.127mmのループの距離Hと、35x25μmのループの断面とを有する、誘導性結合のために互いに重なり合っている第1ループ1054(Cu(及び第2ループ1055(Cu)の形で、基板1053においてPCB技術で実現されている。
PCB技術を用いるそのような細長い単独のループトランスについては、L=64nH、k=0.39及び浮遊容量C=4pFが測定されている。4pFの浮遊容量Cは、約200MHzの周波数において約200Ωのインピーダンスを表している。
好適には、最大3つのトランス105が、約1.20mの長さのカテーテルのMRセーフ送信ライン103に沿って分布される。それらの3つのトランス105は、最大XCS=600Ωのリアクタンスを有する。先端電極、患者及びグランド電極を有するシステムの典型的な抵抗及び容量は、RP=100Ω及びC=20nFである。200MHzにおけるCのリアクタンスは、抵抗損失が支配的であるように、0.04Ωのみである。その抵抗損失は、先端電極において及びその先端電極に隣接する組織の小さい容積に主に局在している。通常、Rにおいては、浪費される最大100WのRF融除電力が使用される。これは、200MHzにおいて全て、100VのRにおける電圧及び1Aの電流を必要とする。それらの全ての値は、カテーテルの先端における有効なRF融除がこの設定により有効であることを示している。
最終的に、トランス105におけるRF条件が考慮される必要がある。各々のトランス105(C=4pF、XCs=200Ω)においては、トランス105のループ1054、1055間の127μmの厚さのテフロン(登録商標)層の破壊限界よりかなり低い約200Vの電圧を有する。また、容量性調整及び整合ネットワーク1051、1052(C,C>40pF)は、単にそれらの最大よりかなり低い電圧を有する。送信器105のコモンモードの直列抵抗は、64MHzにおいて略R=2Ωであり、200MHzにおけるR=3.5Ωにより、R〜√fに従って推測される。これは、トランス105に悪影響を与えない融除パルスの間の3.5Wの熱放散をもたらす。
本発明については、上記説明及び図において詳細に説明しているが、そのような図及び説明は、単に例示であり、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

Claims (9)

  1. RF電場及び/磁場で用いるRF融除のための介入装置であって:
    RF融除電力を供給するための融除電極と、MR信号を受信する及び/又はRF信号を送信するMR/RFマイクロコイルと、を有する融除カテーテル又はプローブ;並びに
    前記融除カテーテル又はプローブと接続された送信パスであって、
    前記送信パスが曝される第1周波数のRF電場及び/磁場により前記送信パスにおいてもたらされるコモンモードの電流が、少なくとも実質的に阻止されるように、
    前記第1周波数に比べて高い所定の第2RF周波数を有する前記RF融除電力は、前記送信パスにおいて送信される、組織の好ましい融除のために必要な程度の又は少なくとも実質的に必要であり、送信パスにおいてコモンモード電流の形で送信されるように、そして
    前記MR/RFマイクロコイルにより受信される及び/又は送信されるMR信号及び/又はRF信号が微分モード電流の形で送信パスにおいて搬送されるように、
    ハイパスフィルタ特性を有する少なくとも1つの結合要素により電気的に結合された少なくとも2つのラインセグメントを有する、送信パス;
    を有する、介入装置。
  2. 請求項1に記載の介入装置であって、前記結合要素はトランスであり、前記ハイパスフィルタ特性は前記トランスの浮遊容量により実現される、介入装置。
  3. 請求項1に記載の介入装置であって、前記トランスは、誘導性結合のために互いに重なり合っている第1導電性ループ及び第2導電性ループの形で基板においてPCB技術で実現されている、介入装置。
  4. 請求項2に記載の介入装置であって、前記MR/RFマイクロコイルは、MR撮影システムにより生成されるMR画像において前記カテーテル又はプローブの能動的及び/又は受動的追跡、案内及び/又は視覚化のために、MR信号を受信する及び/又はRF信号を送信し、同時に前記融除電極によりRF融除電力が供給されるように備えられている、介入装置。
  5. 請求項に記載の介入装置であって、前記MR/RFマイクロコイルにより検出されたMR信号を受信するように、及び/又は前記MR/RFマイクロコイルにより送信されるようになっているRF信号を生成するように、前記送信パスと接続されているMR/RF受信器及び/又は受信器を有する、介入装置。
  6. 請求項1に記載の介入装置であって、前記第2周波数において前記RF融除電力を生成するRFアンプであって、該RFアンプは前記送信パスと接続されている、介入装置。
  7. 請求項5又は6に記載の介入装置であって、前記MR/RF受信器及び/又は受信器及び前記RFアンプを前記送信パスと接続する、並びに前記RFアンプにより生成された前記RF融除電力から前記MR/RF受信器及び/又は受信器をデカップリングする接続ユニットを有する、介入装置。
  8. 体の組織のRF融除及び/又は硬化並びに/若しくは腫瘍融除のための方法で用いる、請求項1乃至の何れか一項に記載の介入装置。
  9. 請求項1乃至の何れか一項に記載の介入装置を有するMR撮影システム体。
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