(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴環境において用いられる温度測定プローブであって、
細長い基板と、
前記基板に印刷される複数の抵抗電気導電的トレースと、
前記基板に配置され、前記トレースの少なくとも１つと電気的に接続される少なくとも１つのサーミスタであって、前記磁気共鳴環境における患者と熱通信するよう置かれる、少なくとも１つのサーミスタと、
前記抵抗トレースの１つと接続される少なくとも１つの参照要素であって、患者から熱的に分離されるサーミスタ又はレジスタを含む、少なくとも１つの参照要素と、
前記トレースと電気的に接続され、ＭＲ関連ノイズを伴う温度信号と前記参照要素からのＭＲ関連ノイズ信号とを減算的に組み合わせるよう構成される、プロセッサ及びコントロール回路とを有する、温度測定プローブ。
【請求項２】
前記トレースが、抵抗導電性インクでスクリーン印刷される、請求項１に記載の温度測定プローブ。
【請求項３】
前記トレースが、炭素ベースである、請求項１又は２に記載の温度測定プローブ。
【請求項４】
前記トレースが、ドーピングされた半導体材料を含む、請求項１又は２に記載の温度測定プローブ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの抵抗電気導電的トレース抵抗が、１メートルにつき２６〜３３ｋオームのオーダーである、請求項１乃至４の任意の一項に記載の温度測定プローブ。
【請求項６】
前記トレースが、クロスハッチにおいてエッチングされる、請求項１乃至５の任意の一項に記載の温度測定プローブ。
【請求項７】
前記トレースが、前記サーミスタに電力を提供する入力トレース及び戻りトレースを含む、請求項１乃至６の任意の一項に記載の温度測定プローブ。
【請求項８】
前記入力及び戻りトレースが、前記基板の対向する面に配置される、請求項７に記載の温度測定プローブ。
【請求項９】
前記入力及び戻りトレースが、前記基板の共通の面に配置される、請求項７に記載の温度測定プローブ。
【請求項１０】
前記複数のプリンテッドトレースに配置される複数のサーミスタと、
前記プリンテッドトレースが、さまざまな患者の体形におけるマルチサイトセンシングのため前記複数のサーミスタの位置決めに適応するために分離可能であるよう、前記細長い基板における裂け目ラインとを更に有する、請求項１乃至９の任意の一項に記載の温度測定プローブ。
【請求項１１】
滅菌可能な保護ジャケットを更に有する、請求項１乃至１０の任意の一項に記載の温度測定プローブ。
【請求項１２】
前記サーミスタと電気的に接続するよう構成される前記トレースに形成される接続パッドを更に有する、請求項１乃至１１に記載の温度測定プローブ。
【請求項１３】
磁気共鳴システムであって、
磁気共鳴スキャナと、
請求項１乃至１２の任意の一項に記載の温度測定プローブとを有し、
前記サーミスタ、前記基板の少なくとも一部、及び前記少なくとも１つのトレースが、前記磁気共鳴スキャナの検査領域に配置される、磁気共鳴システム。
【請求項１４】
磁気共鳴環境における温度を監視する方法において、
細長い基板に複数の抵抗電気導電的トレースを印刷するステップと、
少なくとも１つの患者温度測定サーミスタを前記トレースに電気的に接続するステップと、
前記患者温度測定サーミスタからの信号からの減算のため、コモンモード信号を検出する参照要素を前記トレースの１つに接続するステップであって、前記サーミスタからのトレースにおける信号が、ノイズ及び温度情報を含み、前記参照要素からのトレースにおける信号は、前記ノイズを含む、ステップと、
前記サーミスタ及び前記参照要素を患者に適用するステップと、
前記ノイズに関して前記サーミスタ信号を補正するため、前記サーミスタ及び前記参照要素からの前記信号を処理するステップと、
補正されたサーミスタ信号を温度値に変換するステップとを有する、方法。
【請求項１５】
前記温度値をモニタに送り、前記モニタに前記温度値を表示するステップを更に有する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般に、磁気共鳴（ＭＲ）環境において作動することができる温度モニタリング装置及び方法に関する。本願は、磁気共鳴撮像スキャナの近くで作動する低コストの高抵抗非磁性プリンテッドトレースに関連して特定の用途を見いだし、特にこれを参照して説明される。しかしながら、本願は、他の使用シナリオにおける用途も見いだし、上述した用途に必ずしも限定されるというわけではない点を理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
温度モニタリングデバイスは、患者の状態をモニタするためにＭＲ環境において使用される必要がある。現在の認められた方法は、光学ファイバープローブの使用を含む。光学ファイバーケーブルは、患者におけるセンシング要素に接続され、患者モニタリングデバイスに接続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの光学ファイバーケーブルは、高価であり、機械的にデリケートで、強い磁場が原因によるセンサ物質における原子レベル変化の結果としてエラーに苦しむ場合がある。ＭＲ環境における標準的なサーミスタの使用は、ＭＲ環境に関連付けられるＲＦ加熱効果及びやけどを克服するため、センサをモニタに接続するための分散された又は離散的な高抵抗ケーブルの使用を必要とする。これらの高抵抗ケーブルは、高価で、患者に対するやけどを完全には除去するものではない。更に、これらのケーブルは、製造するのが困難であり、摩擦電気効果に影響されやすく、インダクティブ受信、過剰な寄生静電容量に苦しみ、患者の動きに対してかなりセンシティブである。例えば温度モニタリングデバイスの製造において使用される強磁性要素は、ケーブルが、ＭＲＩスキャナに引かれることをもたらす場合がある。これは、患者、ユーザに損傷をもたらし、又は器材が発射体として機能することをもたらす。追加的に、ＭＲＩスキャナにより生成される無線周波数場が、標準的なサーミスタを用いる標準的なケーブルにおいて電流を生成する、又は規制標準により許容される温度を十分超えて表面温度を上昇させることができる「ホットスポット」をもたらし、患者に対して不快又はやけどを課す場合がある。更に、ＭＲスキャナからのＭＲＩ勾配干渉が、標準的なケーブル及びサーミスタ上に、及び接続点上に電流を誘導する可能性もある。これは、付加的な干渉波形要素を生成し、可能性として誤った温度読み出しを与える。
【０００４】
本願は、ＭＲ環境において用いられる新規で改良された温度モニタリングデバイスを開示する。これは上記の参照された問題等を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの側面によれば、磁気共鳴環境に用いられる温度測定プローブが開示される。プリンテッド導体が、細長い基板と、上記基板に印刷される少なくとも１つの高抵抗電気導電的トレースと、上記基板上に配置され、上記トレースと電気的に接続される少なくとも１つのサーミスタとを含む。このサーミスタは、上記磁気共鳴環境における患者と熱通信するよう置かれる。
【０００６】
別の側面によれば、磁気共鳴システム装置が開示される。このシステムは、磁気共鳴スキャナと、前述のパラグラフに記載される温度測定プローブとを含み、この温度測定プローブは、磁気共鳴スキャナの検査領域に配置される。
【０００７】
別の側面によれば、ＭＲＩの間の患者温度読み出しを監視する方法が開示される。この方法は、細長い基板に高抵抗の電気導電的トレースを印刷するステップと、上記基板に配置される少なくとも１つのサーミスタを上記トレースに電気的に接続するステップとを含む。
【０００８】
別の利点は、強磁性要素を除去する点にある。
【０００９】
別の利点は、患者のやけどリスクを減少させる点にある。
【００１０】
別の利点は、サーミスタプローブを消毒することができる点にある。
【００１１】
別の利点は、患者のケアが改善される点にある。
【００１２】
更なる利点が、以下の詳細な説明を読み、及び理解する当業者には明らかであろう。
【００１３】
本発明は、様々な要素及び要素の配列の形式並びに様々なステップ及びステップの配列の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を説明するためだけにあり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＭＲスキャナ内部で作動する温度モニタリング装置を備える磁気共鳴（ＭＲ）システムを概略的に示す図である。
【図２ａ】適用可能なサーミスタを持つプリンテッドトレースを持つ基板を概略的に示す断面図である。
【図２ｂ】基板の対向する面における温度センシングサーミスタ及び参照要素を概略的に示す部分的な断面における側面図である。
【図２ｃ】基板の共通表面において温度センシングサーミスタ及び参照要素を持つ２つのプリンテッドトレースを概略的に示す上面図である。
【図２ｄ】サーミスタ出力を温度に変換する回路を示す図である。
【図３】断面に示される保護ハウジング又はカテーテルにおけるプリンテッドトレース及びサーミスタ温度測定デバイスを概略的に示す図である。
【図４】複数の位置でのセンサの配置を可能にする細長い基板において裂け目ラインを持つ共通基板に配置される複数の温度センサを概略的に示す図である。
【図５】本書において開示されるプリンテッド導体を用いる、ＭＲＩの間の患者温度読み出しを監視する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると、磁気共鳴環境は、（概略的に、ＭＲスキャナ１００を囲む点線ボックスにより示される）無線周波数隔離室１０２に配置される磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ１００を含む。例えば、ワイヤメッシュ又は箔が、ＭＲスキャナ１００を含むＭＲ室の壁、天井及び床に埋め込まれる又はそこに配置されるファラデーケージ又は他の無線周波数スクリーニング構造を規定する。ＭＲスキャナ１００が、図１において概略的な側面断面図に示され、ボア１０８又は他の検査領域において静的（Ｂ０）磁場を生成する主磁石巻線１０６（典型的に超伝導で、図示省略された適切な低温収納に含まれるが、抵抗磁石巻線も想定される）を含むハウジング１０４を有する。ハウジング１０４は、静的（Ｂ０）磁場上に、傾斜磁場を重畳させる傾斜磁場コイル１２０も含む。斯かる勾配は、磁気共鳴を空間エンコードする、磁気共鳴をスポイルする等といった従来において知られる多数の用途を持つ。例えば図示される患者１２２又は（獣医学撮像用途に関する）動物等といった撮像対象が、適切なソファー１２４又は他の患者支持部／搬送装置を介して、（図示されるケースにおいてボア１０８内部の）検査領域に搬送される。ＭＲスキャナは、従来技術において知られる多数の追加的な要素を含むことができる。これは簡略化のため図示省略されているが、例えばハウジング１０４に配置される磁場シム、全身無線周波数（ＲＦ）コイル等である。ＭＲスキャナは概して、ここでも簡略化のため図示省略される多数の補助的又は付属的要素を含む。例えば、主磁石１０６及び傾斜磁場コイル１２０に関する電源、局所ＲＦコイル（例えば表面コイル、頭部コイル又は肢コイル等）、ＲＦ送信機及びＲＦ受信ハードウェア、並びにさまざまな制御及び画像再構成システムである。更に、図示されるＭＲスキャナ１００は、水平ボアタイプのスキャナであるが、これは単に例示的なものであり、より一般には、開示されるＭＲ安全なケーブル及び電極が、任意のタイプのＭＲスキャナ（例えば、垂直ボアスキャナ、オープンボアスキャナ等）と共に適切に使用される点を理解されたい。
【００１６】
動作において、主磁石１０６は、検査領域１０８において静磁場Ｂ０を生成するよう作動する。種が励起されるよう（通常陽子であるが、例えばＭＲ分光学又は多核ＭＲ撮像用途では他の種が励起されてもよい）、ラーモア周波数（即ち、磁気共鳴周波数）で、ＲＦパルスがＲＦシステム（例えば送信機と、ボアに配置される１つ又は複数のＲＦコイル又はハウジング１０４における全身ＲＦコイルとを含む）により生成される。これらのパルスは、対象１２２における目標種（例えば、陽子）において核磁気共鳴（ＮＭＲ）を励起させる。これは適切なＲＦ検出システム（例えば磁気共鳴コイル又は複数のコイル及び適切な受信機エレクトロニクス）により検出される。傾斜磁場は概して、ＮＭＲ信号を空間エンコードするため、励起の前又は間、遅延期間（例えばタイムトゥエコー又はＴＥ）の間、読み出しの前、及び／又は読み出しの間に傾斜磁場コイル１２０により適用される。画像再構成プロセッサは、磁気共鳴画像を生成するため、選ばれた空間エンコードと適合する適切な再構成アルゴリズムを適用する。これはその後、他のＭＲ画像及び／又は他のモダリティからの画像と共に表示され、レンダリングされ、融合され、若しくは対比され、又は他の態様で利用されることができる。
【００１７】
引き続き図１を参照し、更に図２ａ〜図２ｃを参照すると、ＭＲ手順の一部として、又はこの補助として、温度測定プローブ１３０を用いて温度測定が得られる。図示される図１において、温度測定プローブ１３０に関するプリンテッド導体が、患者１２２上に表示され、及び（ＭＲチャンバ１０２の外に又はオプションで内に配置される）モニタ１３２に接続される。温度測定プローブ１３０は、十分に低い消費電力を持つので、温度機能は、バッテリ駆動制御及び処理回路１２８に一体化されることができる。これは、モニタ１３２とワイヤレス１３４（バッテリ駆動制御及び処理回路からモニタへの点線として示される）で通信する。導電性トレースプリンテッドケーブル１２６及びバッテリ駆動制御及び処理回路１２８を備える温度測定プローブ１３０が、患者１２２の表面又は侵襲的温度測定を記録することができる。導電トレースプリンテッドケーブル１２６は更に、特に表面使用に関する他のケーブルに一体化されることができる。
【００１８】
図２ａ〜図２ｃを更に参照すると、制御抵抗プリンテッド電気トレース又は導電性トレース２００は、患者１２２におけるサーミスタ２０４及びセンシング・モニタ１２８の間のプラナリードケーブル１２６を形成するため、柔軟な、ＭＲニュートラル基板２０２上に印刷される。基板２０２は、例えばポリマー樹脂系フィルム又はマイラーといった任意の柔軟な磁気共鳴不活性プラナ物質とすることができる。水素放出がＭＲ画像を劣化させないよう、基板２０２物質は選択される。さまざまな実施形態において、導電性トレース２００は、炭素ベースのインクで形成される。導電性トレース２００は、オプションでシリコンベースとすることができるか、又はドーピングした半導体材料から作られることができる。更に、プリンテッド導電性トレース２００及びサーミスタ２０４は、磁場の歪曲を妨げ、磁場及び勾配がプローブに悪影響を与えるのを妨げるよう、非強磁性体であるべきである。
【００１９】
引き続き図２ａ〜図２ｃを参照して、導電性トレース２００は、渦電流がトレースにおいて形成され、抵抗加熱を引き起こすことを妨げるよう構成される。トレースは、高抵抗とすることができ、渦電流ループを妨げるスロット又は他の構造物を含むことができる。接続プローブは、サーミスタ２０４並びに制御及び処理回路１２８への接続を容易にするため、トレースのサーミスタ端及び制御及び処理回路において印刷又は適用される。他の実施形態では、導電性プリンテッドトレースは、固くてもよいか、又は例えばクロスハッチングといった、導電性プリンテッドトレースにおいて渦電流生成を妨げる特徴を含むことができる。トレース２０４におけるクロスハッチング２０６は、ＲＦ及び勾配磁場からの電極及び抵抗トレースにおける干渉電流の誘導を減らすことにより、機能的なパフォーマンスを改善する。温度プローブ１３０の導電性トレース及びサーミスタリード接続を印刷することにより、リードワイヤ特性の反復性及び再現性、並びにルーティングは、容易になる。
【００２０】
サーミスタ２０４は好ましくは、１０，０００ｋオームのオーダーの高抵抗サーミスタである。これは、人体温度の範囲において線形に反応するよう低コストで調整される。プリンテッド導電性トレース２００抵抗は、1フィートにつき８〜１０ｋオームのオーダーとすることができる。これはスクゥエア当たり１０オームのオーダーで導電性インクを印刷することにより実現されることができる。プリンテッド導電性トレース抵抗は、トレースを狭める又は、渦電流防止縦溝穴を形成することにより、所望の目標抵抗を実現するためレーザートリミングされることができる。サーミスタ２０４は、表面マウント・リードにより付けられることができるか、又は使用される導電リードにより付けられることができる。
【００２１】
図２ｂ〜図２ｃに示される実施形態において、熱感知サーミスタ２０４及び参照レジスタ又はサーミスタ２０８は、プリンテッド入力及び出力トレース２００ａ、２００ｂを持つループに接続される。これは基板２０２の対向する面に印刷される。サーミスタの１つは患者に適用され、参照要素は、患者から熱的に分離されるか、又は関心温度範囲にわたり安定抵抗を持つように選択される。このようにして、温度検出要素信号は、ＲＦ場誘導電流に伴う温度を示し、参照要素信号は、ＲＦ場誘導電流を示す。これは、コモンモードフィルタを用いることにより、ＲＦ場誘導電流を除去することを可能にする。
【００２２】
他の実施形態では、抵抗は、プリンテッド導電性ケーブルトレース２００に沿って、均一に、又は、不規則に分散されることができる。均一でない分布は、印刷パターンの幅又は厚さを変化させることにより実現されることができる。ノッチ又はローパスフィルタード（filed）集積回路要素、アンテナ回路、電源、センサ（圧電性、ＭＥＭＳ、加速度計）はオプションで、プリンテッド導電性ケーブルトレース２００に組み込まれることもできる。
【００２３】
図２ｃに示される別の実施形態では、基板２０２の共通の面に配置される温度センシングサーミスタ２０４、及び参照要素２０８、例えば参照レジスタ、２つの入力トレース２００ａ、２００ｂ、２つの入力トレース２００ａ、２００ｂに接続される２つの戻りトレース２００ａ'、２００ｂ'（接続は図示省略）、並びに処理及び制御回路１２８により、回路が形成される。
【００２４】
図２ｄを参照すると、サーミスタの抵抗は、温度と共に変化する。処理及び制御回路１２８は、サーミスタを流れる電流又はサーミスタにわたる電圧を、モニタ１３２に伝えるため温度値へと変換する。この回路は、ＭＲ環境外の電池２５０又は他の電源を含む。フィルタ２５２は、例えば、温度測定サーミスタ２０４からの雑音が多い温度信号から参照要素２００からのノイズ信号を減算することにより、サーミスタ信号におけるノイズを補正する。制御部又はプロセッサ２５４は、この温度を、例えばＥＰＲＯＭ２５６に格納されるルックアップテーブルを用いてある温度へと変換する。ルックアップテーブルは更に、１つの温度（temperate）センサから次のセンサへの変動を補償することができる。ＲＦ送信機２５８は、モニタ１３２に接続されるＲＦ受信機に決定された温度値を送信する。フィルタリング及び温度への変換は、完全に又は部分的に、モニタ１３２で実行されることができる点を理解されたい。
【００２５】
さまざまな実施形態において、プリンテッド導電性トレース２００は、平面柔軟基板に適用される特定の電気抵抗を持つ炭素ベースのインクで適切に形成される。ここで、所定の電気抵抗が、所望の抵抗及び熱特性を実現するため、平面柔軟基板２０２に適用される。プリンテッド導電性トレース２００は、スクリーン印刷といった任意の再生方法により適用されることができる。プリンテッド導電性トレース２００は、固くてもよいか、又は例えばハッチング、縦溝穴等の特徴を含むことができる。
【００２６】
図３を参照すると、温度測定プローブの側面断面図が表示される。保護ジャケット３００が、プローブをカバーし、電気的絶縁及び保護を提供することができる。保護層３００は好ましくは、プリンテッド導電性トレース２００の物質と比較して電気的に絶縁性があり、非強磁性体であり、及びＭＲ互換性を持つ。一回使用型プローブに対して、保護層は理想的には、低コストで滅菌可能である物質である。滅菌可能な（sterilisiable）な保護ジャケットは、患者に対する損傷を更に保護するよう内部温度測定を提供するため、プローブが、ＭＲの間、患者に挿入されることを可能にする。保護層３００は、静磁場及び勾配磁場から電極及び抵抗トレースにおける干渉電流の誘導から回路を絶縁するため、泡絶縁層を持つことができる。この場合も、参照レジスタ又はサーミスタ２０８が、コモンモードに関して補償するため、患者温度測定サーミスタ２０４からの減算に関するコモンモード信号を作成するために追加されることができる。ハウジング３００は、他の機能に関して構成されるカテーテルの部分とすることができる。
【００２７】
図４を参照すると、温度測定プローブ１３０は、細長い基板２０２の１つの面における複数のプリンテッドトレース、対向する面における複数の戻りトレース（図示省略）、複数のサーミスタ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ及び複数の参照要素２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃを含むことができる。いくつかの実施形態において、接続パッド２２０、例えば塩化銀が、サーミスタ、参照要素及び回路に対する接続を容易にするため、トレース上に印刷される。裂け目ライン２１０ａ、２１０ｂが、細長い基板２０２において規定される。基板２０２における裂け目ライン２１０ａ、２１０ｂは、さまざまな患者の体のタイプにおけるマルチサイトセンシングに適応するため、プリンテッドトレース２００ａ、２００ｂ、２００ｃが分離可能であることを可能にする。
【００２８】
図５を参照すると、最初に、基板が、あるサイズにカットされ、導電性トレース及び接続パッドが、基板上に印刷される。サーミスタ２０４、参照要素２０８及び回路１２８が、接続パッドに接続される。ＭＲの間、患者に対するやけど又は他の損傷を回避するため、プローブの温度が、動作の間、モニタされる。ステップ４００において、温度測定プローブ１３０に関するプリンテッド導体が、患者１２２に付けられる。温度測定プローブ１３０のプリンテッド導体１２６は、患者モニタ１３２に無線で１３４又は有線接続を通して接続される。ＭＲシステム１００を起動すると、ステップ４０２において、プローブは、ＭＲシステム１００により作成される、プリンテッドトレース２００におけるノイズを受信する。プローブ１３０は好ましくは、例えば参照レジスタ又は参照サーミスタといった参照要素２０８を含む。ステップ４０４において、サーミスタ２０４及び参照要素２０８を通り電流が送られる。ステップ４０６において、サーミスタ２０４及び参照要素２０８を通り流れる電流が、決定され、比較される。サーミスタを通る電流は、ＭＲ誘導ノイズ及び温度を示す。参照レジスタを通る電流は、ＭＲ誘導ノイズを示す。参照要素２０８及びサーミスタ２０４を通る電流の比較は、サーミスタ２０４からの電流又は信号がノイズに関して補正されることを可能にする。ステップ４０８において、例えばルックアップテーブルを用いて、補正された温度信号が温度へと変換される。ステップ４１０において、温度が、例えばＲＦ通信ラインにより、モニタ１３２に通信され、表示される。
【００２９】
本発明が、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。明らかに、本明細書を読み、理解する当業者であれば、修正及び変更を思いつくであろう。それらの修正及び変更が添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限り、本発明は、すべての斯かる修正及び変更を含むものとして構築されることが意図される。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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