US10080889B2 Low inductance and low resistance hermetically sealed filtered feedthrough for an AIMD

摘要

• 问题: MRI 脉冲射频场（约 21–500 MHz）在植入式导线中感应射频电流，于远端电极-组织界面产生欧姆加热，导致心肌消融、穿孔或神经损伤；现有馈通滤波器采用芯片电容接地端直接连接钛铁磁体，钛氧化层（TiO₂ 等）产生 3–30 Ω 以上高接触电阻，且长回路走线引入额外寄生电感，使电容在射频段呈高阻抗，无法有效分流能量至器械外壳。
• 方案: 在密封馈通组件器械侧布置两端芯片电容（MLCC 等），其接地端金属化层通过贵金属钎料（金基、钯基等，如 Palabraze、Orobraze 系列）或激光焊接的贵金属附加结构（铂丝 220、平板 232、L 形支架 234/236/238/240 等）直接连接至铁磁体 112/外壳 116，形成无氧化、低阻抗接地回路；同时采用低电感电容结构（反向几何、短电极板）及缩短回路布线，降低总电感。
• 效果: 未公开 / 无定量（专利中引用的”控制导线尖端升温 30°C 与带滤波器 3°C”系既往远端电极带阻滤波器实验数据，非本专利馈通滤波组件的直接实验数据；接地回路电阻<0.5Ω、电感<10nH、电容谐振频率>400 MHz、ESR<50 mΩ 均为权利要求限定值或设计目标，未附实测验证）。
• 形态: 密封馈通滤波组件，含铁磁体 112、绝缘体 206（≥96% 氧化铝陶瓷）、导体 114/226（铂填充过孔或共烧铂针 228）、电路板 180（刚性/柔性/组合）、两端芯片电容 150（300–10000 pF）；可选配额外滤波电路（L 型、π 型、带阻、LC 陷波）及 RFID 芯片 242/244 等。

机理与方案

失效机理：MRI 射频脉冲经天线耦合在植入导线中感应射频电流。导线-组织界面阻抗及回路电阻导致欧姆加热（$P=I^{2}R$），组织温升可致消融、穿孔或神经损伤。现有技术中，芯片电容接地端直接连接钛铁磁体表面，钛氧化层产生 3–30 Ω 以上接触电阻，且长电路走线引入额外寄生电感，使电容在射频段呈高阻抗，无法有效分流能量。

技术方案：

1. 无氧化低阻接地路径：将芯片电容 150 的接地端金属化层通过导电连接材料 184’ 直接连接至贵金属钎料 212（金基、钯基、铂基钎料）或激光焊接至铁磁体 112 的贵金属附加结构（铂丝 220、平板 232、L 形支架 234/236/238/240 等）。贵金属表面不形成氧化层，保持长期稳定的低接触电阻（图 19C、35、36、37、41–46）。

2. 缩短接地回路电感：电容 150 贴近导体 114/226 入口布置，接地回路从导体经电容至铁磁体/外壳 116 的物理长度最小化。采用反向几何两端芯片电容（上下端金属化，图 16–18）或短宽电极板设计，降低内部寄生电感 $L_{int}$；避免长电路走线，减少外部回路电感 $L_{ext}$。总电感 $L_{total}=L_{int}+L_{ext}$ 控制在 <10 nH（优选 <1 nH）。

3. 接地回路阻抗定量约束：权利要求限定接地回路总电阻 $R_{total}<$ 0.5 Ω（优选 <100 mΩ，更优选 <1 mΩ），总电感 $L_{total}<$ 10 nH。电容等效串联电阻（ESR）< 50 mΩ，以承受 MRI 高功率射频场而不自身过热。

4. 电容自谐振频率：要求芯片电容及安装后整体自谐振频率 $f_r>400$ MHz（优选 >800 MHz），满足 $f_r=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_{total}C}}$ 其中 $C$ 为电容值（300–10000 pF），$L_{total}$ 为包含安装回路在内的总电感。该频率需高于 MRI 氢质子拉莫尔频率（1.5 T 约 63.8 MHz，3 T 约 127.7 MHz），确保电容在射频段呈低阻抗短路特性。

5. 多级滤波扩展：在电路板 180 上可集成额外元件构成 L 型滤波器（串联电感 $L_1$、$L_2$ 与并联电容 $C$）、带阻滤波器（并联 $L$-$C$ 谐振于 MRI 射频频率）或 LC 陷波器，形成图 58、61 所示多阶滤波网络，进一步阻止射频能量进入器械内部电路。

6. 结构变体：导体可采用实心金属填充过孔 226（铂填充，图 39–41）、共烧铂针 228（图 40–41）或生物相容性导线 114（铂、钯、金等）；绝缘体 206 为 ≥96% 氧化铝陶瓷，与铂填充形成 ≤1×10⁻⁷ std cc He/sec 泄漏率的密封；电路板 180 可为刚性、柔性或组合结构（图 49），并集成 RFID 242/244、保护二极管等。

效果与证据

定量数据：无，仅为概念/分析。

专利文本中未报告本发明具体实施例的实测温度、射频场强或回路阻抗测量值。文中提及的”控制导线尖端升温 30°C，带滤波器仅升温 3°C”（摘要及背景部分）系引用既往远端电极带阻滤波器实验（U.S. Pat. No. 7,363,090 相关评估），非本专利馈通滤波组件的直接实验数据。接地回路电阻<0.5Ω、电感<10nH、电容谐振频率>400 MHz、ESR<50 mΩ 等均为权利要求或优选实施例中的设计目标值/限定值，未附实测验证数据。图 20、27、34、60 所示衰减-频率曲线为理论/示意性性能对比，未标注具体测量条件与数值。

对我方产品的意义

编目级（Tier2），§对我方产品的意义 见同簇代表件深卡。

关联

• 原文(Google Patents):https://patents.google.com/patent/US10080889B2/en
• 危害:Hazard-rf-heating