Защищённый от магнитного резонанса плоский кабель для измерений биопотенциалов
PLANAR MAGNETIC RESONANCE SAFE CABLE FOR BIOPOTENTIAL MEASUREMENTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к магнитно-резонансной (МР) томографии. Оно может найти конкретное применение в сочетании с электрокардиографией (ЭКГ) во время магнитно-резонансной томографии и будет описано со ссылкой на эту область применения. Однако, следует понимать, что оно также может найти применение в других областях и не обязательно ограничивается вышеуказанным случаем применения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] МР-томография часто включает в себя измерения биопотенциалов, такие как ЭКГ-мониторинг во время проведения томографии. У пациентов могут отслеживаться жизненно важные показатели с использованием ЭКГ или других мониторов во время МР-томографии для мониторинга состояния здоровья пациента. ЭКГ-мониторы могут использоваться в МР-томографии в качестве триггеров или таймеров для захвата изображения. Например, захват изображения может быть запущен таким образом, чтобы сердце пациента было показано на изображениях только в заданной фазе или с компенсацией искажения от движения сердца на изображении.
[0003] При ЭКГ-мониторинге используются электроды, присоединенные к пациенту в различных точках на его теле. Эти электроды улавливают слабые электрические сигналы из тела пациента, которые характеризуют фазы сердечных сокращений. Электроды соединены с проводниками, передающими обнаруженные сигналы к ЭКГ монитору, который анализирует и/или визуально отображает указанный сигнал. Каждый проводник содержит проводящий провод или дорожку, которые соединяют электрод с ЭКГ-монитором и передает сигналы от прикрепленного электрода к ЭКГ-монитору. Количество электродов и соответствующих проводников может быть различным, что означает, что количество проводов, соединяющих электроды одного пациента с ЭКГ-монитором, может быть различным. Проводники также могут включать проводники для других измерений биопотенциалов пациента, такие как дыхательный мониторинг и т.п.
[0004] В МРТ-сканерах для томографии пациента используются сильные магнитные поля, и эти сильные магнитные поля могут индуцировать электрические токи в проводящих проводах, таких как дорожки или провода мониторов ЭКГ. Магнитные поля сканера могут индуцировать токи в ЭКГ-проводах, которые вызывают потенциально ложные значения измерений считываемого сердечного ритма или затеняют R-волны ЭКГ в схемах обнаружения формы волн. Провода подвержены воздействию трибоэлектрических эффектов и являются чрезвычайно чувствительными к перемещению пациента. Перекрестные помехи между проводами могут препятствовать передаче сигналов. Петлеобразование проводов может усугублять помехи, если один или более проводов образует петлю в непосредственной близости от себя или других проводящих проводов. Объемные проводники могут иметь непостоянные характеристики при передаче сигналов ЭКГ и/или неточно передавать сигналы ЭКГ. Неправильно выбранные материалы для провода, способ изготовления кабеля и/или изоляционный материал, который испускает протоны, могут вызвать искажения изображений.
[0005] Выбору и комбинированию материалов для изготовления кабеля, включая провода, должно быть уделено большое внимание с целью обеспечения безопасности пациента. В сильных магнитных полях сканеров железосодержащие материалы могут стать поражающими элементами, которые могут нанести ущерб здоровью пациентов и/или медицинских работников. Индуцированные в магнитном поле токи в непригодных для МРТ кабелях ЭКГ могут вызвать нагрев проводов, что может привести к ожогам у пациентов.
[0006] В современной практике для МРТ-кабелей обычно используют высокоомные провода, которые сплетены или скручены для уменьшения восприимчивости к электрическим шумам, наведённым МР-сканером. Затем сплетенные или скрученные в жгуты провода изолируют. В некоторых случаях добавляют экранирование для дополнительной минимизации помех от магнитного поля. Однако, эти подходы не устраняют перекрестные помехи между проводами, скрученными или сплетенными вместе, и не устраняют проблем, вызванных петлеобразованием проводов. Кроме того, скручивание или сплетение проводов и добавление компонентов, таких как экраны, увеличивают стоимость кабеля.
[0007] Ниже описан новый и усовершенствованный плоский защищённый от магнитного резонанса кабель для измерений биопотенциалов, который устраняет описанные выше проблемы, а также другие недостатки.
[0008] Согласно одному аспекту защищённый от магнитного резонанса (МРТ) кабель содержит четыре или более электропроводящих проводов с управляемым сопротивлением, расположенных в плоской конфигурации параллельно друг другу, и жесткую не испускающую протоны подложку, которая удерживает четыре или более проводящих проводов с управляемым сопротивлением в плоской конфигурации параллельно друг другу.
[0009] Согласно еще одному аспекту способ использования защищённого от магнитного резонанса (МР) кабеля включает прикрепление по меньшей мере четырех электродов к пациенту. Защищённый от МР кабель размещают вдоль субъекта с поддержкой субъектом или опорой субъекта, причем МР-кабель содержит по меньшей мере четыре проводящих провода с управляемым сопротивлением, расположенных в параллельной плоской конфигурации. Соединитель, присоединенный к одному из соответствующих соединителей первого конца по меньшей мере четырех проводящих проводов с управляемым сопротивлением, соединяют с электродами. Соединители, присоединенные ко второму концу проводящих проводов с управляемым сопротивлением, соединяют с монитором пациента. Четыре или более проводящих проводов с управляемым сопротивлением удерживаются в плоской и параллельной конфигурации посредством жесткой не испускающей протоны подложкой для защищённого от МР кабеля, которая охватывает провода с управляемым сопротивлением в параллельной плоской конфигурации.
[0010] Согласно еще одному аспекту способ изготовления защищённого от магнитного резонанса (МР) кабеля включает растяжение по меньшей мере четырех электропроводящих проводов с управляемым сопротивлением параллельно и в плоскости и покрытие растянутых по меньшей мере четырех электропроводящих проводов с управляемым сопротивлением жесткой оболочкой из пеноматериала.
[0011] Одно преимущество состоит в получении кабеля, используемого в сильном магнитном поле, который является более надежным для измерений биопотенциалов и обеспечивает высокую повторяемость результатов.
[0012] Еще одно преимущество состоит в снижении отклонений в наведении токов помех в электроде и резистивных дорожках от статических и магнитных градиентных полей.
[0013] Еще одно преимущество состоит в снижении трибоэлектрических и микрофонных эффектов путем исключения перемещения между резистивными дорожками в кабеле.
[0014] Еще одно преимущество состоит в повышении вероятности индуцирования в каждом проводнике одинаковых токов, которые затем могут быть отфильтрованы фильтром для синфазных помех.
[0015] Еще одно преимущество состоит в безопасности пациента в сильном магнитном поле.
[0016] Еще одно преимущество состоит в устойчивой, распределенной и высокоомной трассировке.
[0017] Еще одно преимущество состоит в получении кабеля, который не вызывает искажений при МР-томографии.
[0018] Дополнительные преимущества могут быть оценены специалистами в области техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.
[0019] Настоящее изобретение может быть реализовано в форме различных компонентов и расположений компонентов, а также с помощью различных этапов и порядка выполнения этапов. Сопроводительные чертежи приведены только в целях иллюстрации предпочтительных вариантов реализации и не должны считаться ограничением настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] ФИГ. 1A-1C схематично показывают вид сверху, разрез и вид сбоку одного варианта реализации защищённого от магнитного резонанса плоского кабеля для измерений биопотенциалов.
[0021] ФИГ. 2A-2B схематично показывают вид сверху и поперечный разрез еще одного варианта реализации защищённого от магнитного резонанса плоского кабеля для измерений биопотенциалов.
[0022] ФИГ. 3 схематично показывает один вариант реализации электропроводящего провода с управляемым сопротивлением.
[0023] ФИГ. 4 схематично показывает еще один вариант реализации защищённого от магнитного резонанса плоского кабеля с защитным экранированием.
[0024] ФИГ. 5 схематично показывает еще один вариант реализации защищённого от магнитного резонанса плоского кабеля с дополнительным компонентом между с электропроводящими проводами с управляемым сопротивлением.
[0025] ФИГ. 6 схематично показывает еще один вариант реализации защищённого от магнитного резонанса плоского кабеля в разрезе с дополнительным компонентом, расположенным рядом с электропроводящими проводами с управляемым сопротивлением.
[0026] ФИГ. 7 схематично показывает еще один вариант реализации плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля с МРТ сканером и ЭКГ монитором.
[0027] ФИГ. 8 показывает блок-схему одного способа изготовления плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля для измерений биопотенциалов согласно одному варианту реализации.
[0028] ФИГ. 9 показывает блок-схему одного способа использования плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля для измерений биопотенциалов согласно одному варианту реализации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] На ФИГ. 1A на виде сверху схематично показан один вариант реализации плоского защищенного от магнитного резонанса (МР) кабеля 10 для измерений биопотенциалов. На ФИГ. 1B защищённый от МР кабель 10 показан в поперечном сечении, и на ФИГ. 1C защищённый от МР кабель 10 показан на виде сбоку. Кабель 10 показан с четырьмя (токо)проводящими проводами 12 с управляемым сопротивлением, расположенными в общей плоскости и параллельно друг другу. Согласно еще одному варианту реализации кабель может быть выполнен с любым количеством проводов, например, в количестве от 4 до 12, расположенных в общей плоскости параллельно друг другу. Провода передают физиологические сигналы, такие как сигналы ЭКГ, в сильном магнитном поле. Сильное магнитное поле может быть магнитным полем сканера магнитно-резонансной томографии (МРТ). Токопроводящие провода с управляемым сопротивлением согласно одному варианту реализации расположены на расстоянии 16, составляющем по меньшей мере 4 мм, между соседними проводами, но могут быть использованы другие расстояния.
[0030] Кабель 10 содержит жесткую плоскую подложку 14, которая удерживает четыре или более проводящих провода с управляемым сопротивлением в общей плоскости параллельно друг другу. Подложка выполнена из не испускающего протоны материала. Жесткая плоская подложка может содержать оболочку из пеноматериала, которая окружает и удерживает проводящие провода параллельно и в общей плоскости. Удерживание проводящих проводов параллельно и в общей плоскости повышает вероятность того, что индуцированные токи будут индуцированы одинаково в одном и том же проводе и, таким образом, могут быть отфильтрованы с большей простотой в "синфазном режиме". Оболочка из пеноматериала термически и электрически изолирует провода от контакта с пациентом. Согласно одному варианту реализации пеноматериал содержит по меньшей мере 2,5 мм пены 18 между каждым электропроводящим проводом с управляемым сопротивлением и наружной поверхностью. Пеноматериал может содержать открытые или закрытые поры пеноматериала. Пеноматериал с закрытыми порами обеспечивает более простую очистку.
[0031] Концевые колпачки 20, присоединенные к каждому концу жесткой плоской подложки, могут обеспечить защиту от изгиба для четырех или более электропроводящих проводов с управляемым сопротивлением и направить провода к заданным соединителям. Например, каждый провод может быть удержан защитой 22 от изгиба между соединителем и концом подложки или оболочки из пеноматериала. Концевые колпачки могут обеспечить жесткую поверхность для захвата кабеля и согласования с соединителем. Концевые колпачки уменьшают общий износ кабеля. Соединители 24, расположенные на одном конце кабеля, соединяют, например, прижимают каждый провод к контакту электрода ЭКГ. Соединители 26, расположенные на другом конце, соединяют, например, путем вставки, провода с монитором пациента. Соединители могут быть обозначены ключами, например, кодированы цветом, маркированы, профилированы и т.п., что предоставляет медицинскому работнику возможность облегченной идентификации соответствующих заданных ориентаций соединений для каждого соединителя. Соединители могут быть индивидуальными соединителями, такими как показано на чертеже, с индивидуальными выводами 27 и электродными соединителями, или унифицированным соединителем, таким как показанные на чертеже для соединителей монитора пациента. Унифицированный соединитель может содержать корд, который дополнительно образует защиту от изгиба, группирует и упорядочивает соединение. Выводы 27 могут быть расположены в ступенчатой конфигурации, как показано на чертеже, с изменяющейся длиной выводов или в прямолинейной конфигурации с выводами равной длины.
[0032] Кабель может иметь утончение 28 в оболочке из пеноматериала или подложке для облегчения хранения. Например, кабель может быть смотан в большую бухту и закреплен временным крепежным элементом для хранения. Удаление крепежных элементов обеспечивает возможность разворачивания кабеля или возвращения в плоское положение.
[0033] На ФИГ. 2A-2B схематично показан другой вариант реализации плоского защищённого от МР кабеля 10 для измерений биопотенциалов. На ФИГ. 2A кабель 10 показан на виде сверху, и на ФИГ. 2B кабель 10 показан в поперечном сечении. Как показано на чертеже, жесткая плоская подложка 14 удерживает пять токопроводящих проводов 12 с управляемым сопротивлением в общей плоскости и параллельно друг другу. Подложка 14 содержит инертный к магнитному резонансу материал (инертный МР-материал) или материал, который не испускает протоны. Жесткая подложка 14 содержит множество кабельных гребенок 30, разнесенных для удерживания проводов 12 с управляемым сопротивлением в общей плоскости, с фиксированным расстоянием между ними и параллельно друг другу. Каждая гребенка 30 имеет пазы 32, и каждый паз удерживает один из проводов параллельно соседнему проводу и все провода вместе в общей плоскости.
[0034] Каждый электропроводящий провод с управляемым сопротивлением может содержать подавляющие электрические импульсы компоненты 34, такие как дискретные резисторы, высокочастотные дроссели и т.п. Например, постоянный или переменный резистор включен последовательно в каждый провод для управления сопротивлением провода. Провода 12 индивидуально или все вместе могут содержать один или большее количество дополнительных компонентов 36, таких как заграждающий фильтр, низкочастотный фильтр, интегральная схема, датчик и т.п. Фильтры могут блокировать токи на частотах, отличающихся от частот сигналов ЭКГ.
[0035] Вариант реализации, показанный на ФИГ. 2A и 2B, может быть встроен в вариант реализации, показанный на ФИГ. 1A-1C, в частности, в отношении использования кабельных гребенок во время изготовления и встраивания подложки, показанной на ФИГ. 2A и 2B, в оболочку из пеноматериала.
[0036] На ФИГ. 3 схематично показан один вариант реализации электропроводящего провода 12 с управляемым сопротивлением. Электропроводящий провод с управляемым сопротивлением может содержать тонкий высокоомный провод 40, намотанный по спирали вокруг непроводящего центрального сердечника 42. Тонкий высокоомный провод 40 может содержать сплав меди и никеля. Электропроводящий провод 12 с управляемым сопротивлением может содержать покрытие 44 из изоляционного материала. Непроводящий сердечник 42 и покрытие 44 из изоляционного материала выполнены из инертного МР-материала.
[0037] На ФИГ. 4 схематично показан в сечении еще один вариант реализации плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля 10. Кабель может содержать защитный экран 46, такой как немагнитная фольга или медная сетка, окружающая электропроводящие провода 12. Защитный экран дополнительно защищает провода 12 от электрических взаимных помех. Защитный экран расположен в качестве наружного покрытия, как показано на чертеже, или встроен в оболочку из пеноматериала, как указано пунктирными линиями.
[0038] На ФИГ. 5 схематично показан в сечении еще один вариант реализации плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля 10 с дополнительным оптически или электрически проводящим компонентом 50, таким как оптическое волокно, вывод антенны, вывод датчика, интегральная схема, вывод источника питания и т.п. Проводящий компонент может быть расположен между электропроводящими проводами и/или, как показано на ФИГ. 6, рядом с проводами 12.
0
1
[0039] На ФИГ. 7 схематично показан еще один вариант реализации плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля 10 в магнитном поле 60 МРТ-сканера 62. МРТ-сканер 62 показан в разрезе. Кабель 10 показан с выводами 27, соединенными с электродами 64 на пациенте и с монитором 66 пациента, таким как ЭКГ-монитор, дыхательный монитор и т.п. МРТ-сканер генерирует горизонтальное или вертикальное статическое поле B посредством магнитной катушки 68. МРТ сканер генерирует градиентное магнитное поле или поля B посредством градиентных катушек 70. МРТ сканер индуцирует резонанс в тканях пациента посредством локальной радиочастотной катушки и/или радиочастотной катушки 72 для всего тела. Кабель 10 принимает обнаруженные физиологические сигналы от электродов, прикрепленных к пациенту, и передает указанные физиологические сигналы в монитор пациента в присутствии магнитных и радиочастотных полей, генерируемых различными катушками.
[0040] Кабель 10 удерживает электропроводящие провода с управляемым сопротивлением в одной плоскости и параллельно друг другу. Кабельная подложка формирует жесткую оболочку, которая препятствует петлеобразованию и скручиванию. Подложка превращает указанный кабель по существу в прямую кабельную линию. Кабель без приложенных усилий приобретает плоскую конфигурацию, например, если кабель размещен на плоской поверхности, он принимает прямую и плоскую форму.
[0041] На ФИГ. 8 показана блок схема способа изготовления плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля 10 для измерений биопотенциалов согласно одному варианту реализации. На этапе 80 по меньшей мере четыре электропроводящие провода 12 с управляемым сопротивлением растягивают параллельно в общей плоскости. Провода растягивают перпендикулярно между двумя линиями, например, между двумя кабельными гребенками. Данный этап может включать растягивание в общей плоскости дополнительных выводов, таких как оптические волокна, антенный кабель и кабель питания, и т.п. Указанный этап может включать добавление дискретных резистивных компонентов, интегральных схем, датчиков и т.п.
[0042] На этапе 82 растянутые по меньшей мере четыре электропроводящие провода с управляемым сопротивлением покрывают жесткой оболочкой из пеноматериала. Жесткая оболочка из пеноматериала удерживает или фиксирует провода параллельно друг другу в общей плоскости. Согласно одному варианту реализации оболочку из пеноматериала формуют под давлением. Кабельные гребенки могут быть встроены в жесткую оболочку из пеноматериала.
[0043] Присоединение концевых колпачков к каждому концу оболочки из пеноматериала на этапе 84 обеспечивает защиту от изгиба. Концевые колпачки могут быть объединены с оболочкой из пеноматериала или добавлены на отдельном этапе.
[0044] На этапе 86 по меньшей мере четыре электропроводящих провода с управляемым сопротивлением на первом конце заделывают с помощью электродных соединителей, а на втором конце заделывают с помощью соединителей для монитора пациента. Этап может включать добавление маркировки к соединителям или выводам.
[0045] На ФИГ. 9 показана блок схема способа использования одного варианта реализации плоского защищённого от магнитного резонанса кабеля 10 для измерений биопотенциалов. На этапе 90 по меньшей мере четыре электрода прикрепляют к субъекту.
[0046] На этапе 92 защищённый МРТ кабель размещают вдоль пациента с поддержкой пациентом или опорой для пациента. Защищённый МРТ кабель содержит по меньшей мере четыре проводящих провода с управляемым сопротивлением, расположенные в параллельной плоской конфигурации. Этап может включать перевод защищённого МРТ кабеля из конфигурации хранения в рабочее положение.
[0047] На этапе 96 соединитель, присоединенный к одному из соответствующих соединителей первого конца по меньшей мере одного из четырех проводящих проводов с управляемым сопротивлением, соединяют с электродами на этапе 94. Соединители, присоединенные ко второму концу проводящих проводов с управляемым сопротивлением, соединяют с монитором пациента.
[0048] На этапе 98 посредством жесткой не испускающей протоны или МРТ инертной подложки защищённого МРТ кабеля, в которую упакованы провода с управляемым сопротивлением в параллельной плоской конфигурации, четыре или более проводящих проводов с управляемым сопротивлением удерживают в плоской параллельной конфигурации. Провода передают сигналы ЭКГ от электродов к монитору пациента для измерений биопотенциалов. Жесткая подложка может включать варианты реализации кабеля, как описано со ссылкой на ФИГ. 1A-1C, 2A-2B, 3-7, и их комбинации.
[0049] На этапе 100 может быть создана томограмма пациента посредством МРТ сканера и присоединенного, защищённого от МР кабеля. Этап включает передачу физиологических сигналов, таких как сигналы ЭКГ, посредством защищённого от МР кабеля одновременно с формированием изображения, которое анализируют и/или отображают. Отображение может включать обработку переданных сигналов, такую как визуализация по триггеру или таймеру.
[0050] Следует отметить, что в связи с конкретными иллюстративными вариантами реализации, представленными в настоящей заявке, некоторые структурные и/или функциональные признаки описываются как встроенные в определенные элементы и/или компоненты. Однако, следует считать, что эти признаки для достижения тех же самых или подобных преимуществ также могут быть аналогичным образом включены в другие элементы и/или компоненты в случае необходимости. Также следует отметить, что различные аспекты вариантов реализации, представленных в качестве примера, могут быть использованы выборочно в качестве подходящих для осуществления других альтернативных вариантов реализации, которые подходят для необходимых приложений и которые, таким образом, реализуют соответствующие преимущества заключенных в них аспектов.
[0051] Например, токопроводящие провода 12 могут быть расположены в других взаимных положениях, которые препятствуют петлеобразованию, скручиванию или перемещению иным способом относительно друг друга. В одном примере провода проводников расположены с чередованием в первой и второй смежных параллельных плоскостях.
[0052] Также следует отметить, что функции конкретных элементов или компонентов, описанных в настоящей заявке, могут быть реализованы соответствующим образом в форме аппаратных средств, программного обеспечения, программируемого оборудования или комбинации вышеперечисленного. Кроме того, следует понимать, что некоторые элементы, описанные в настоящей заявке как объединенные вместе, при подходящих обстоятельствах могут быть реализованы как автономные или иным способом разделенные элементы. Подобным образом, множество конкретных функций, описанных как выполняемые одним конкретным элементом, могут быть реализованы множеством различных элементов, действующих независимо для исполнения отдельных функций, или некоторые индивидуальные функции могут быть распределены и исполнены множеством различных элементов, действующих сообща. Согласно еще одному варианту реализации некоторые элементы или компоненты, иным образом описанные и/или показанные в настоящей заявке как отличающиеся друг от друга, могут быть физически или функционально объединены в случае необходимости.
[0053] Одним словом, настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты его реализации. Очевидно, что специалистами в настоящее изобретение могут быть внесены модификации и изменения после прочтения и ознакомления с настоящим изобретением. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации и изменения как включенные в объем охраны приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов. То есть, следует понимать, что различные из вышеописанных и другие особенности, функции или их варианты, которые могут быть предпочтительно объединены со множеством других различных систем или приложений, а также различные неизвестные в настоящее время или непредвиденные альтернативы, модификации, изменения или их усовершенствования, которые могут быть впоследствии реализованы специалистами, также охвачены приведенной ниже формулой изобретения.