US7013180B2 Conditioning of coupled electromagnetic signals on a lead

摘要

• 问题: 植入式导线在MRI等RF电磁场环境中因天线效应耦合高频电流，导致导线尖端组织加热及植入式医疗设备功能障碍。
• 方案: 在导线近端(320)、中部(315)或远端(310)缠绕绝缘线圈(410)，利用线圈电感(L 710)与匝间寄生电容(C 730)形成并联谐振或高阻抗网络，阻断RF耦合电流流向尖端(330)的路径，同时允许低频治疗/感知信号正常通过。
• 效果: 未公开 / 无定量（未提供具体温升降低数值或体外/体内实测数据；仅给出电感值4.7μH作为示例，并声明可调谐至64MHz/128MHz）。
• 形态: 8项权利要求，线圈位置（近端/中部/远端）、数量（单线圈/多线圈）及绕制松紧度可调，无明确可调维度（如匝数、线径、螺距）的数值范围限定。

机理与方案

失效机理：在MRI等强RF电磁场中，导线因长度远大于波长而呈现天线效应，沿导线感应出高频电流(340)。该电流流向远端尖端(330)时，因尖端-组织界面电阻(R 720)产生焦耳热，导致局部组织加热；同时，过大的耦合电流可能干扰植入式医疗设备(220)的正常感知与治疗信号，诱发设备功能障碍。

技术方案：在导线不同区段缠绕绝缘线圈(410)以构建频率选择阻抗。线圈由导电材料(610)（如铜、金、银、MP35N、铂等）构成，外包绝缘涂层/介电外壳(640)，绕制于介电芯(630)上。其电气等效模型随绕制参数变化，可分为以下典型实现：

1. 单电感串联模型（图7A）：线圈等效为电感 $L$ 与线圈电阻 $R$ 串联，再与导线电阻 $R_{lead}$ 串联后接至尖端(330)。在RF频率下，感抗 $X_L=2\pi fL$ 提供高频阻抗；在低频（如起搏信号）下，$X_L\approx 0$，近似短路。

2. 并联LC谐振模型（图7B）：线圈匝间寄生电容 $C$ 与电感 $L$ 并联，形成并联谐振网络。谐振频率满足 $f_0=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$ 其中 $f_0$ 为谐振频率（Hz），$L$ 为线圈电感（H），$C$ 为等效寄生电容（F）。在 $f_0$ 处，并联阻抗趋于极大，对RF电流呈现近似开路，显著抑制尖端电流 $I_{RF}$。

3. 多线圈级联/多频响应模型（图7E–7G）：在导线不同位置布置多个线圈，各线圈因绕制松紧度不同而具有不同的电感值（$L_1\ne L_2$）和寄生电容（$C_1\ne C_2$），形成多组并联LC网络级联，可对64MHz、128MHz等不同RF频率分别提供高阻抗阻断。

4. 与器件端滤波集成模型（图7H）：导线近端连接器模块(750)内设置电感 $L_1$ 与馈通电容 $C_S$ 构成低通滤波，中部电感 $L_2$ 用于打断导线整体谐振长度，远端电感 $L_3$ 保护尖端。

5. 线圈-电容集成模型（图7I）：将线圈(410)直接绕于电容器(762)上，形成精确的并联 $L_0$-$C$ 谐振对，提高调谐精度。

关键设计参数包括：线圈外径约50–60 thou（0.050–0.060 in）、长度约0.1–0.3 in、电感示例值 $L=4.7\mu \text{H}$，通过调整匝数、线径及绕制松紧度来调谐谐振频率至目标RF频段（如64 MHz、128 MHz）。

效果与证据

定量数据：无，仅为概念/分析。专利全文未提供任何体外或体内实验测量的温升数据、SAR值、电流衰减幅度或阻抗-频率曲线实测结果；仅通过等效电路图（图7A–7I）进行定性/半定量分析，说明并联LC谐振可在目标RF频率处提供高阻抗以抑制尖端电流，并给出4.7μH作为电感设计示例值。

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/US7013180B2/en
• 危害:Hazard-rf-heating
• 危害:Hazard-rf-malfunction