JP2006523823A

JP2006523823A - 埋込可能無線マーカーの位置を発見するための装置

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Publication number: JP2006523823A
Application number: JP2005508605A
Authority: JP
Inventors: ネルソンジェイライト; ローレンスニューエル
Original assignee: カリプソーメディカルテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US20040123871A1; US7926491B2; AU2003299845A1; WO2004060177A1; CA2512092A1; EP1578291A4; EP1578291A1; US20110119893A1

Abstract

身体組織に埋め込むことができる励起可能無線ターゲット（２０６）を感知するための装置（１００）。装置（１００）は、ほぼ共通の平面に配置された複数の電磁場センサ（３０２）と、センサ（３０２）に結合した複数の感知信号出力経路（３０６）とを含む。センサ（３０２）及び信号出力経路（３０６）の各々は、マーカー（２０６）によってもたらされた電磁場の少なくとも一部分を表す出力信号を供給するように構成される。

Description

本発明の実施形態は、医療用途で使用される組織内の共振小型マーカーアセンブリを感知するためのシステムのような小型マーカーを感知するためのシステムに関する。

例えば選択された対象物又は身体の中又は上に位置決めされた遠隔作動可能マーカーアセンブリを作動して検出するシステムが開発されている。マーカーは、マーカーの存在を検出するために使用される信号を発生する。作動可能マーカーの多くは、電源又は対象物の外部にある他の機器に配線接続される。リード線なし又は「無線」の共振マーカーを利用する他のシステムが開発されている。これらの無線マーカーは、一般的に、強い連続又はパルス励起信号を無線で送信する遠隔励起ソースによって作動又は活性化される。励起信号に応答して、無線マーカーは、強い励起信号から区別され、かつ次にターゲットの位置の正確な判断を試みるために解析されるべきである検出可能マーカー信号を無線で送信する。弱いマーカー信号を強い励起信号から区別し、常にかつ正確にマーカーの位置を判断する処理は、非常に困難であることが証明されている。

その一例は、組織体内の対象物の大体の位置を検出するシステムを教示するＨｉｒｓｃｈｉ他に付与された米国特許第５，３２５，８７３号である。この検出システムは、対象物に取り付けられた３軸共振回路ターゲットと、一対の平行かつ同軸的に整列した送信／感知コイルを有する別々の手持ち式検出プローブとを含む。ターゲットの戻り信号強度が有効信号として計数するのに十分であるか否かを判断する電流は、送信／感知コイルで誘導される。手持ち式検出プローブはまた、送信コイル内に位置決めされ、かつ直列対向的に接続した一対の受信コイルを有する。受信コイルは、ターゲットが受信コイルの各々から等距離の時にヌル回路条件の生成を可能にするものである。検出プローブはまた、受信コイルに結合され、かつヌル回路条件を達成するために検出プローブを対象物の上の中央に配置するようにプローブが移動すべき方向（例えば、左／右／上／下）を示すように構成された視覚ディスプレイを有する。

従来のシステムに関する更なる詳細については、２００１年１２月２０日出願の「リード線なし小型マーカーの励起用システム」という名称の米国特許出願第１０／０２７，６７５号（代理人ドケット番号３４１１４−８００６．ＵＳ００）、２００２年１月１１日出願の「リード線なし小型マーカーの励起のためのシステム」という名称の米国特許出願第１０／０４４，０５６号（代理人ドケット番号３４１１４−８００６．ＵＳ０１）、及び２００２年８月７日出願の「リード線なし小型マーカーの空間的調節可能励起のためのシステム」という名称の米国特許出願第１０／２１３，９８０号（代理人ドケット番号３４１１４−８００６．ＵＳ０２）に見出すことができる。

様々な図示の要素の大きさは、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、これらの様々な要素はまた、より判読しやすいように任意に拡大することができる。また、本明細書に示す見出しは、便宜上のものであるに過ぎず、必ずしも請求する発明の範囲又は意味に影響を及ぼすとは限らない。

米国特許第５，３２５，８７３号米国特許出願第１０／０２７，６７５号米国特許出願第１０／０４４，０５６号米国特許出願第１０／２１３，９８０号米国特許出願第０９／８７７，４９８号米国特許出願第１０／３３４，７００号

本発明の実施形態は、身体又は組織内に埋め込むことができる励起可能無線マーカーを感知するシステムに使用される装置に関する。装置は、局所的に平面のアレイ（例えば、共通平面内のアレイ）に配置された複数の電磁場センサと、センサに結合された複数の感知信号出力経路とを含む。センサ及び対応する出力経路は、マーカーによって放射された磁場の少なくとも一部分を表す出力信号を供給するように構成され、特定のセンサからの出力信号は、センサの平面に対して実質的に垂直な磁場の成分をその開口に亘って積分したものに比例する。この装置に関する様々な他の構成、並びに信号を励起して無線マーカーからそれを受信する全体的システム及び方法も開示される。

ここで本発明を様々な実施形態について以下に説明する。以下の説明では、本発明のこれらの実施形態を完全に理解し、その記述を可能にするために特定の詳細が与えられる。しかし、当業者は、これらの詳細がなくても本発明を実施することができることを理解するであろう。他の事例においては、本発明の実施形態の説明を不必要に曖昧にするのを回避するために、公知の構造及び機能は、図示又は詳細に説明されていない。

適切なシステムの説明
図１は、１つ又はそれ以上の無線マーカーを三次元空間で活性化しかつ位置発見するためのシステム１００の一例を示す斜視図である。システムは、可動式アーム１０４によって支持された励起ソース及びセンサアレイ１０２を含む。アーム１０４は、電源、コンピュータ（産業用パーソナルコンピュータなど）、及びディスプレイ１０８などの入力／出力装置のような様々な構成要素を含む基本ユニット１０６に固定されている。これらの構成要素の多くは、以下で詳細に説明する。

システム１００は、誘導放射線療法と共に使用して、誘導放射線療法が供給される身体内のターゲットを正確に位置発見して追跡することができる。システムのこのような療法との使用に関する更なる詳細は、本明細書において引用により組み込まれる、２００１年６月８日出願の「誘導放射線療法システム」という名称の米国特許出願第０９／８７７，４９８号（代理人ドケット番号３４１１４−８００４ＵＳ００）に見出すことができる。

図２は、システム１００のいくつかの構成要素のブロック図である。特に、励起ソース及びセンサアレイ１０２は、励起サブシステム２０２及び感知サブシステム２０４を含む。励起サブシステム２０２は、電磁エネルギを出力して少なくとも１つの無線マーカー２０６を励起し、感知サブシステム２０４は、電磁エネルギをマーカーから受け取るものである。励起サブシステム２０２に関する更なる詳細は、上述の米国特許出願に見ることができる。感知サブシステム２０４に関する詳細を以下に説明する。

信号処理サブシステム２０８は、励起サブシステム２０２に信号を供給して励起信号を発生する。本明細書で説明する実施形態では、３００キロヘルツから５００キロヘルツの範囲の励起信号を使用することができる。また、信号処理サブシステム２０８は、信号を感知サブシステム２０４から受信する。信号処理サブシステム２０８は、コンピュータ２１０で使用されるように感知サブシステム２０４から受信した信号を濾過し、増幅し、相関を取る。

コンピュータ２１０は、医療用途又は環境に適切な産業用パーソナルコンピュータのような任意の適切なコンピュータとすることができる。１つ又はそれ以上の入力装置２１２は、コンピュータに結合されてユーザ入力を受け取る。このような入力装置２１２の例としては、キーボード、マイクロフォン、マウス／トラックボール、ジョイスティックなどがある。コンピュータは、出力装置２１４に供給される出力信号を生成する。このような出力装置の例としては、ディスプレイ装置１０８、並びに、スピーカ、プリンタ、及びコンピュータを他のシステム又は装置と接続するためのネットワークインタフェース又はサブシステムがある。

本明細書に特に断らない限り、本発明のいくつかの態様は、従来のシステムと共に実施することができる。従って、図２に示すいくつかのブロックの構造及び作動は、従来の設計によるものとすることができ、そのようなブロックは、関連技術分野の当業者によって理解されるであろうから、本発明の製作及び使用に当たって更に詳細に説明する必要はない。

適切な感知サブシステムの説明
図３Ａは、感知サブシステム２０４のいくつかの構成要素を示す分解等角投影図である。サブシステム２０４は、パネル３０４上に形成されたか又はパネル３０４によって担持された複数のコイル３０２を有する感知アセンブリ３０１を含む。コイル３０２は、センサアレイ３０５内に配置された磁場センサ又は磁束センサとすることができる。パネル３０４は、Ｄｕｐｏｎｔによって製造された「ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）」のような実質的に非導電シートとすることができる。「ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）」は、極度に安定した丈夫で肉薄のフィルムを必要とする時に（放射線による汚染を回避するためなど）特に有用であるが、パネル３０４は、他の材料で作ることもできる。例えば、ＦＲ４（エポキシ樹脂ガラス基板）、ＧＥＴＥＫ及び他のテフロン（登録商標）ベース基板、及び他の市販の材料をパネル３０４に使用することができる。更に、パネル３０４は、平坦で高度に平面の構造体とすることができるが、他の実施形態では、パネルは、少なくとも１つの軸線に沿って湾曲した状態とすることができる。いずれの実施形態でも、磁場センサ（例えば、コイル）は、１つの磁場センサの平面が少なくとも実質的に隣接する磁場センサの平面と共面である局所的に平面のアレイに配置される。例えば、隣接するコイルによって形成された平面に対する１つのコイルによって形成された平面の角度は、約０°から１０°までとすることができ、より一般的には、５°未満である。しかし、いくつかの状況においては、コイルのうちの１つ又はそれ以上は、アレイ内の他のコイルに対して１０°を超える角度とすることができる。

図３Ａに示す感知サブシステム２０４は、パネル３０４まで積層された低密度発泡スペーサ又はコア３２０を更に含む。発泡コア３２０は、独立気泡「Ｒｏｈａｃｅｌｌ」発泡材とすることができる。発泡コア３２０は、感知サブシステム２０４の形状やコイル３０２間の相対的な向きが作動温度範囲に亘って所定の範囲内のままであるように、低い熱膨張率を有する安定した層であることが好ましい。

感知サブシステム２０４は、感知サブシステムの一方の側に第１の外部カバー３３０ａ、及び反対側に第２の外部カバー３３０ｂを更に含むことができる。第１の外部カバー３３０ａ及び第２の外部カバー３３０ｂは、「Ｋｅｖｌａｒ」又は「Ｔｈｅｒｍｏｕｎｔ」フィルムのような肉薄で熱的に安定した層とすることができる。第１の外部カバー３３０ａ及び第２の外部カバー３３０ｂの各々は、望ましくない外部電界がコイル３０２に到達するのを阻止するための電気遮蔽部３３２を含むことができる。電気遮蔽部は、例えば、コイル３０２又は外部磁場によって引き起こされた渦電流の存在を防止するか又は最小限に抑えるものである。電気遮蔽部は、ファラデーシールドと一般的に呼ぶ構成で櫛形シールドを形成するために金メッキ銅ストリップの複数の平行脚とすることができる。遮蔽部は、遮蔽に適切な他の材料で形成することができることが認められるであろう。電気遮蔽部は、プリント回路基板製造技術又は他の手法を用いて、第１の外部カバー及び第２の外部カバー上に形成することができる。

コイル３０２を伴うパネル３０４は、感圧接着剤又は別の種類の接着剤を用いて発泡コア３２０まで積層される。第１の外部カバー３３０ａ及び第２の外部カバー３３０ｂは、同様に、パネル３０４と発泡コア３２０のアセンブリまで積層される。積層アセンブリは、大きな作動温度範囲に亘ってコイル３０２の配置を所定の構成で固定した状態で保持する剛性の軽量構造体を形成する。従って、感知サブシステム２０４は、作動中はその表面に沿って実質的に振れは発生しない。感知サブシステム２０４は、例えば、±０．５ｍｍ以下、場合によっては僅か±０．３ｍｍ以下の振れでコイル３０２のアレイを固定位置に保持することができる。感知サブシステム２０４の剛性により、リード線なしマーカーの正確な位置発見の非常に正確かつ再現可能なモニタリングがリアルタイムでもたらされる。

感知サブシステム２０４はまた、センサコイル３０２の平面において低い単位面積質量を有することができる。「質量密度」は、パネル３０４と直交する感知サブシステム２０４の厚みを通る平方センチメートルコラム内の質量として定義される。いくつかの実施形態では、感知サブシステム２０４は、感知サブシステム２０４の少なくとも一部分が放射線腫瘍学で使用される直線加速器の放射線ビームに存在することを可能にするために、コイル３０２の領域において低い密度を有する。例えば、感知サブシステム２０４のコイル３０２を含む部分は、約１．０グラム／ｃｍ²又はそれ以下の範囲にある質量密度を有することができる。一般的に、直線加速器のビーム内に存在すべきである感知サブシステムの部分は、約０．１グラム／ｃｍ²と０．５グラム／ｃｍ²の間の質量密度を有し、約０．３グラム／ｃｍ²の平均質量密度であることが多い。従って、感知サブシステム２０４は、ビームを不当に減衰するか又は汚染することなく直線加速器の放射線ビーム内に存在することができる。一実施形態では、感知サブシステム２０４は、約０．５％又はそれ以下だけ放射線ビームを減衰し、及び／又は患者内の皮膚線量を約８０％増量するように構成される。他の実施形態では、パネルアセンブリは、約５０％皮膚線量を増量することができる。従って、感知サブシステム２０４のいくつかの実施形態は、患者に不当に影響を与えるか又はレントゲンフィルム内に大きな人為的な影響を発生することなく直線加速器の放射線ビームに存在することができる。

更に別の実施形態では、感知サブシステム２０４は、励起サブシステム２０２の構成要素である複数のソースコイルを更に含むことができる。感知サブシステム２０４をソースコイルと組み合わせた１つの適切なアレイは、本明細書において引用により組み込まれる、２００２年１２月３０日出願の「パネル型センサ／ソースアレイアセンブリ」という名称の米国特許出願第１０／３３４，７００号に開示されている。

図３Ｂは、感知アセンブリ３０１の実施形態を更に示すものである。本実施形態では、感知アセンブリ３０１は、３２個の感知コイル３０２を含む。各コイル３０２は、別々のチャンネル３０６（チャンネル「Ｃｈ０からＣｈ３１」として個別に図示）と関連付けられる。パネル３０４の全体的な寸法は、約４０ｃｍｘ５４ｃｍとすることができるが、アレイ３０５は、約４０ｃｍの第１の寸法Ｄ₁と約４０ｃｍの第２の寸法Ｄ₂とを有する。コイルアレイ３０５は、代替的実施形態では、他の大きさ又は他の構成（例えば、円形）を有することができる。更に、コイルアレイ３０５は、８−６４コイルのようなそれよりも多いか又は少ないコイルを有することができ、コイルの個数は、更に、２の累乗とすることができる。

コイル３０２は、「ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）」シート上に形成された銅又は別の適切な導電金属の導電トレース又は堆積物とすることができる。各コイル３０２は、幅が約０．１５ｍｍ、及び各コイル内の隣接する巻回間の間隔が約０．１３ｍｍのトレースを有する。コイル３０２は、約１５から９０の巻回を有することができ、特定の用途においては、各コイルは、約４０巻回を有する。巻回が１５未満のコイルは、一部の用途では十分な感度を有することができず、また、巻回が９０を超えるコイルは、励起中のソース信号からの過剰電圧、及びコイルの低い自己共振周波数から生じる過剰整定時間をもたらす場合がある。しかし、他の用途においては、コイル３０２は、１５よりも小さいか又は９０を超える巻回を有することができる。

図３Ｂに示すように、コイル３０２は、正方形渦巻として配置されるが、円、連結六角形、三角形などのアレイのような他の構成を使用することもできる。このような正方形渦巻では、ＳＮ比を向上させるために表面積の大部分が利用される。また、正方形コイルでは、円形コイルと比較すると、アレイの設計レイアウト及びモデル化が簡素化される。例えば、円形コイルでは、無線マーカー２０６からの磁束を連結するための表面積を無駄にする可能性があると考えられる。コイル３０２は、約４０ｍｍの内寸法及び約６２ｍｍの外寸法を有するが、用途によっては他の寸法が可能である。製造公差を考慮すると、内寸法ができるだけ外寸法に近いと感度を向上させることができる。いくつかの実施形態では、コイル３０２は、互いに同一であるか又は少なくとも実質的に同様の構成となっている。

コイルアレイ３０５内のコイル３０２のピッチは、少なくとも部分的には、マーカーとコイルアレイの間の最小距離の関数である。一実施形態では、コイルは、約６７ｍｍのピッチで配置される。この特定の配置は、無線マーカー２０６が感知サブシステム２０４から約７ｃｍから２７ｃｍのところに位置決めされる時に特に適切である。無線マーカーまでの距離が７ｃｍ未満の場合には、感知サブシステムは、より短いピッチで配置される。一般的に、無線マーカーを感知すべき距離がコイルアレイから相対的に短い時には、より短いピッチが望ましい。例えば、コイル３０２のピッチは、マーカーとアレイの間の最小距離の約５０％から２００％である。

一般的に、コイルアレイ３０５及びアレイ３０５内のコイル３０２の大きさ及び構成は、それらが作動することになる周波数範囲、無線マーカー２０６からアレイまでの距離、マーカーの信号強度、及びいくつかの他の要素に依存する。当業者は、少なくとも部分的には、望ましい周波数範囲及びマーカーからコイルまでの距離により、他の寸法及び構成を使用することができることを容易に認識するであろう。

コイルアレイ３０５は、マーカーによって放射された磁場を測定するための大きな開口を形成する大きさにされる。無線で送信されたエネルギ源に応答してマーカー信号を無線で送信する埋込可能なマーカーによって放射された信号を正確に測定することは、マーカー信号がソース信号及び室内の他の磁場（例えば、ＣＲＴからの磁場など）よりも遥かに小さいので特に困難である可能性がある。コイルアレイ３０５の大きさは、遠距離場供給源からの緩衝を緩和すると同時に、マーカーの近距離場を優先的に測定するように選択することができる。一実施形態では、コイルアレイ３０５は、マーカーがコイルの平面から離間することになる所定の最大感知距離の約１００％から３００％である、コイルによって占有される区域の表面に亘る最大寸法Ｄ₁又はＤ₂を有するような大きさにされる。すなわち、コイルアレイ３０５の大きさは、マーカーがアレイから離間することになる距離を特定することによって判断され、マーカー信号を正確に測定し、次に、アレイの最大寸法がその距離の約１００％〜３００％になるようにコイルを配置する。例えば、コイルアレイ３０５の最大寸法は、マーカーがアレイ３０５から離れて設けられることになる感知距離の約２００％とすることができる。１つの特定的な実施形態では、マーカー２０６は、２０ｃｍの感知距離を有し、コイル３０２のアレイの最大寸法は、２０ｃｍと６０ｃｍの間であり、より具体的には４０ｃｍである。

上述の最大寸法を有するコイルアレイは、それが基本的に遠距離場供給源からの干渉を緩和するフィルタをもたらすので特に有用である。従って、本発明のいくつかの実施形態の一態様は、アレイが優先的に近距離場供給源（すなわち、マーカーによって発生された場）を測定して遠距離場供給源からの干渉を濾過するように、マーカーからの信号に基づいてアレイの大きさを決めることである。

例えば、アレイの中心が原点にある平面ｚ＝０内の半径ｒの円形アレイと、｛０，０，ｚ_b｝でアレイ上に位置するマーカーとを考察する。アレイは、（ａ）入射場の垂直成分に応答し、（ｂ）双極供給源からの感知信号をアレイに亘って空間的に連続としてモデル化することができる十分な密度で配置された、センサから成ると仮定する。ｒ→∞の極限において、双極場の有効エネルギ（すなわち、平方垂直場のアレイの平面に亘る積分）は、以下のようになる。

ここで、μ₀は、自由空間の透過率（又は、自由空間モデルが適切でない場合は、関連の媒体の透過率）、ｍは、供給源の磁気モーメントのマグニチュード、φは、ｚ軸からの双極軸の角度である。従って、有効エネルギは、１２ｋＢ／オクターブ降下する、つまり、距離が倍になる度に、エネルギは１／１６降下する。有限のｒの場合、ξ＝ｚ_b／ｒとすると、積分したエネルギは、以下のようになる。

小さなξについては、有限アレイに亘る有効エネルギは、本質的には無限アレイに亘るものと同じであり、供給源までの距離が大きくなる時に、これはξ≒１まで当て嵌まる。より大きな距離を隔てた位置にある供給源については、式（２）は、φ＝０の時には−６ｄＢ／オクターブに、又はφ＝π／２の時には−１２ｄＢ／オクターブに漸近的に近づく。従って、アレイは、干渉するエネルギ源から成る場合がある、その近距離場を超えた供給源と比べて、その近距離場にある（すなわち、アレイの最大寸法の約５０％以内）マーカーからの信号を優先的に受信するように構成することができる。具体的には、近距離場供給源からのエネルギは、アレイからの距離の４乗に比例して減少し、一方、遠距離場供給源からのエネルギは、アレイからの距離の６又は８乗で漸近的に減少する。

従って、無線マーカー２０６が感知サブシステム２０４から約２０ｃｍに位置決めされ、かつ、感知サブシステムの直径又は最大寸法が約４０ｃｍの時に、無線マーカーからのエネルギは、感知サブシステムからの距離の４乗で降下し、一方、環境ノイズは、距離の６又は８乗で降下する。従って、環境ノイズは、より良い信号を信号処理サブシステム２０８に供給するために、感知サブアセンブリ２０４により、つまりその幾何学的形状によって濾過される。

アレイの大きさ又は程度は、いくつかの要素によって制限される場合がある。例えば、感知アセンブリ３０１の大きさは、可動アーム１０４（図１）、基本ユニット１０６（図１）、又は患者用長いすや放射線療法機械の回転台など（図１には図示せず）のような他の構成要素と機械的に干渉するほど大きくてはならない。また、アレイの大きさは、利用可能なパネル３０４の大きさのような製造上の考慮によって制限される場合がある。更に、コイルアレイ３０５の寸法つまり幅を無線マーカー２０６までの距離の２倍を超える大きさにすると、性能上の向上がほとんど得られず、製造費が増加し、干渉に対する感度が増加する場合がある。

コイル３０２は、無線マーカー２０６によって発生された磁束を受け取り、次に各コイルの内側の部分又は区域を通る磁場の成分の量又はマグニチュードを表すか又はこれに比例する電流信号を発生する電磁場センサである。場の成分はまた、各コイル３０２の平面に対して垂直方向である。重要な点として、各コイルは、別々のチャンネルを表し、従って、各コイルは、信号を出力ポート３０６の１つに出力する。以下で説明する前置増幅器は、各出力ポート３０６に設置することができる。コイルの近くに前置増幅器（又はインピーダンスバッファ）を設置すると、本明細書で説明するように、コイルに掛かる容量性負荷が最小限に抑えられる。図示していないが、感知アセンブリ３０１はまた、各コイル３０２からその対応する出力ポート３０６まで信号をルーティングする導電トレース又は導電経路を含み、それによって別々のチャンネルを形成する。ポートは、次に、適切に構成されたプラグ及び関連のケーブルを取り付けることができるパネル３０４上に形成されたコネクタ３０８に結合される。

感知アセンブリ３０１はまた、電気的消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）３１０によって示されるような搭載メモリ又は他の回路を含むことができる。ＥＥＰＲＯＭ３１０は、一連番号、改訂番号、及び製造日のような製造情報を格納することができる。ＥＥＰＲＯＭ３１０はまた、チャンネル毎の較正データ、並びに実行時間の記録を格納することができる。実行時間は、アレイが露光された総放射線量の指示を与えることになり、これは、代替感知サブシステムが必要とされる時をシステムに警告することができる。

平面１つのみで示されているが、付加的なコイル又は電磁場センサをパネル３０４に対して垂直方向に配置し、無線マーカー２０６の三次元位置を判断しやすくすることができる。コイル又はセンサを他の寸法で追加すれば、無線マーカー２０６から受け取られる総エネルギを増加させることができるが、このようなアレイの複雑さが不均衡に増大するであろう。本発明人は、無線マーカー２０６の三次元座標を図３Ｂに示す平面アレイを用いて見つけることができることを見出している。

適切な前置増幅器の説明
感知サブシステム２０４を実施には、いくつかの考慮が伴うであろう。第１に、コイル３０２は、理想的な開回路として呈示されない場合がある。代わりに、それらは、主としてコイルを前置増幅器に接続するトレース又は導電経路、並びに減衰ネットワーク（以下で説明）及び前置増幅器の入力インピーダンス（低い入力インピーダンスが好ましいが）のために、寄生容量によって負荷が掛けられる場合が十分にある。これらの負荷が組み合わされると、コイル３０２が変化する磁束と連結した時に電流の流れが発生する。いずれか１つの感知コイル３０２は、次に、無線マーカー２０６からばかりでなく、同様に残りの全ての感知コイルからの磁束と連結する。これらの電流の流れは、下流側の信号処理において対処されるべきである。

第２の考慮は、コイル３０２に掛かる容量性負荷である。一般的に、コイル３０２に掛かる容量性負荷を最小限に抑えることが望ましい。容量性負荷は、コイル自体との共振回路を形成し、これは、励起サブシステム２０２が通電された時に過度の電圧オーバーシュートをもたらす。このような電圧オーバーシュートは、コイル３０２に亘って減衰又は「抑制」ネットワークで制限又は軽減されるべきである。容量性負荷が大きくなるほど、インピーダンスの低い減衰ネットワークが必要とされ、これは、減衰ネットワークにおいてかなりのワット損及び加熱をもたらす可能性がある。

別の考慮は、ノイズが小さい前置増幅器を使用することである。前置増幅はまた、感知サブシステム２０４の１つの用途が、直線加速器（ＬＩＮＡＣ）を使用する放射線療法システムと共に使用されるものであるから、放射線耐性にすることができる。その結果、ＰＮＰ双極トランジスタ及び個別の要素が好ましいであろう。更に、ＡＣ回路又は出力では良好な整定時間を達成することができない場合、特に、アナログ／デジタル変換器ではＡＣ出力信号における大きな揺れを処理することができない場合には、ＤＣ結合式回路が好ましい場合がある。

図４は、例えば、差動増幅器４０４を有する抑制ネットワーク４０２の実施形態を示すものである。抑制ネットワーク４０２は、二対の直列結合式抵抗器及びその間を架橋するコンデンサを含む。バイアス回路４０６は、差動増幅器の調節を考慮するものであり、一方、較正入力４０８は、差動増幅器の両方の入力脚を釣り合わせるものである。センサコイル２０２は、差動増幅器４０４の入力、続いて一対の高電圧保護ダイオード４１０に結合される。ＤＣオフセットは、差動増幅器４０４（ゼロ値を有すると図示）に対する入力トランジスタの基部に結合した一対の抵抗器によって調節することができる。出力でのＥＳＤ保護ダイオード４１２並びにフィルタリングコンデンサ（１０ｎＦ値を有すると図示）のような付加的な保護回路が設けられる。

結論
文脈が明確に逆を要求しない限り、本説明及び特許請求の範囲を通じて、「含む」及び「含んでいる」などのような語は、排他的又は網羅的意味に対して包括的意味、すなわち、「限定的でなく含む」の意味で解釈されるものとする。また、単数又は複数を用いた語は、それぞれ、複数又は単数を含む。更に、「本明細書において」、「上述の」、「以下に」という語及び類似の趣旨の語は、本出願で使用される時は、本出願を全体としての指し、本出願のいかなる特定の部分も指すものではないものとする。特許請求の範囲が２つ又はそれ以上の品目のリストに関して「又は」という語を使用する時、その語は、その語の以下の解釈の全て、すなわち、リスト内の品目のいずれか、リスト内の品目の全て、及びリスト内の品目のいかなる組合せをも包含するものである。

本発明の実施形態の上述の詳細説明は、網羅的ではなく、本発明を先に開示した正確な形態に限定しないものとする。本発明の特定的な実施形態及びその実施例を例示的に上述したが、当業者が認識するように、様々な同等な修正が本発明の範囲内で可能である。例えば、六角形の感知コイルのアレイを少なくとも１つの線に沿って湾曲した平面アレイ上に形成して凹型構造体を形成することができる。代替的に、パネル上のコイルの配置は、図３Ａ及び図３Ｂに示す「交差」パターン以外のパターンを形成することができる。コイルは、本明細書で説明した単一のパネルではなく、２つ又はそれ以上のパネル又は基板上に配置することができる。本明細書で与えた教示内容は、必ずしも本明細書で詳細に説明した無線埋込可能共振ターゲットを使用するシステムとは限らず、他のシステムに適用することができる。詳細説明に照らして、上記及び他の変更を本発明に対して行うことができる。

上述の様々な実施形態の要素及び作用を組み合わせて、更に別の実施形態を提供することができる。先の米国特許及び出願及び他の参考文献の全ては、本明細書において引用により組み込まれている。本発明の態様は、必要に応じて、上述の様々な参考文献のシステム、機能、及び概念を使用するように修正し、本発明の更に別の実施形態を提供することができる。

先の詳細説明に照らして、上記及び他の変更を本発明に対して行うことができる。一般的に、特許請求の範囲で使用される用語は、先の詳細説明が明示的にそのような用語を定めない限り、本明細書で開示した特定的な実施形態に本発明を限定するように解釈すべきではない。従って、本発明の実際の範囲は、開示した実施形態と、特許請求の範囲の下で本発明を実施又は実行する全ての同等な方法とを包含するものである。

本発明のいくつかの態様をいくつかの特許請求の範囲の形で呈示したが、本発明人は、本発明の様々な態様を任意数の特許請求の範囲の形で考えている。例えば、本発明の１つの態様のみが手段及び機能の特許請求の範囲で具体化されるように列挙されているが、他の態様も同様に手段及び機能の特許請求の範囲において具体化することができる。従って、本発明人は、本発明の他の態様のための付加的な特許請求の範囲の形を達成するために、本出願の出願後に付加的な特許請求の範囲を追加する権利を確保するものである。

無線埋込可能マーカーの位置を推定するためのシステムの一例の斜視図である。感知サブシステムを含む図１のシステムの構成要素を示すブロック図である。本発明の実施形態による感知サブシステムの個々の構成要素を示す分解等角投影図である。感知サブシステムの感知アセンブリの一例の上面図である。図３の感知サブシステムと共に使用される適切な前置増幅器の概略図である。

Claims

身体に埋込及び／又は付加することができる励起可能リード線なしマーカーを感知するための医療システムにおいて、
剛性支持部材と、
前記支持部材上に局所的に平面のアレイに配置された複数の電磁場センサと、
前記支持部材によって担持された複数の感知信号出力経路と、
を含み、
各感知信号出力経路は、各感知信号出力経路が前記電磁場センサの１つからの少なくとも実質的に垂直な場の成分を表す出力を供給するように、該電磁場センサの１つに結合される、
ことを特徴とする装置。
前記支持部材は、実質的に剛性材料の平坦支持パネルを含み、
前記場のセンサは、前記支持パネルにより共通平面に担持される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記支持部材は、少なくとも１つの軸線に沿って湾曲した支持パネルを含み、
前記場のセンサは、前記支持パネルにより担持される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
撓みシートを更に含み、
前記電磁場センサ及び前記感知信号経路は、前記撓みシート上の導電堆積物である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサの少なくともいくつかは、１５を超える巻きを有するコイルとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサの少なくともいくつかは、９０よりも少ない巻きを有するコイルとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサの少なくともいくつかは、コイルとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサの少なくともいくつかは、正方形渦巻コイルとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサの少なくともいくつかは、コイルの中心点間の約６７ミリメートルのピッチを有するコイルとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサは、導電性の巻きの約３０コイルの構成を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサは、約０．１５ミリメートルの幅を有する導電トレースのコイルの構成を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサは、コイル内の隣接トレース間に約０．１３ミリメートルの間隙幅を有する導電トレースのコイルの構成を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
複数の前置増幅器を更に含み、
各前置増幅器は、前記感知信号出力経路の１つに結合され、
各前置増幅器はまた、高電圧保護抑制ネットワークを有する差動増幅器である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
複数の電磁場センサは、３００から５００キロヘルツの範囲内の電磁場信号を受信するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサは、コイルのアレイを含み、
各コイルは、磁束を前記励起可能無線ターゲットから受け取り、該コイルの内側部分を通る磁束の量を表す電流信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記４つの電磁場センサは、前記支持パネル上に隣接する２ｘ２アレイに配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記電磁場センサは、最大寸法を有するアレイに配置され、この最大寸法は、該アレイと前記リード線なしマーカーの間の距離の約３００％よりも大きくないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記４つの電磁場センサに対して垂直に配置され、該４つの電磁場センサに対して垂直な方向に前記無線ターゲットの励起から発せられる電磁場を受け取るように構成された少なくとも別の電磁場センサを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
身体に埋込及び／又は付加することができるリード線なしマーカーを感知するための医療システムにおいて、
リード線なしマーカーによってもたらされた磁束を受け取るための手段、
を含み、
前記受け取るための手段は、身体の外部に位置決めされて一組の電気信号を発生し、局所的に平面のアレイに配置されて該局所的に平面のアレイに垂直な磁束に応答し、各電気信号が、手段の１つの有効区域に亘って積分された該磁束に実質的に比例する、磁束を感知するための少なくとも４つの手段を含み、
各信号が前記電気信号の１つに実質的に比例する別々の感知信号を出力するための少なくとも４つの手段、
を更に含むことを特徴とする装置。
前記磁束を感知するための手段は、磁場を受けるための正方形コイル手段を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
前記磁束を感知するための手段は、最大寸法を有する磁場センサのアレイに配置され、この最大寸法は、該アレイと前記リード線なしマーカーの間の距離の３００％よりも大きくないことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
各手段が前置増幅のために前記別々の感知信号の対応するものと結合した、前置増幅するための少なくとも４つの手段と、
前記磁束を感知するための手段と、別々の感知信号を出力するための手段と、前置増幅のための手段とを担持するための支持手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
身体に埋込及び／又は取り付けることができる無線マーカーを感知するためのシステムにおいて、
マーカーに磁場信号を放射させるために該マーカーを励起する段階と、
前記放射磁場信号を磁場センサの局所的平面アレイで受信する段階と、
各信号が前記場のセンサの１つによって受信した前記磁場信号を表す感知信号を、対応する出力チャンネルに出力する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
ある一定期間に亘って前記別々の感知信号の少なくともいくつかを累積する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
身体に埋込及び／又は付加することができる無線マーカーに磁場信号を放射させるために該無線マーカーを活性化し、該放射磁場信号に基づいて該無線マーカーの位置を判断するためのシステムにおいて、該放射磁場信号を受信するために該システムで使用される装置であって、
支持パネルと、
前記支持パネルによって少なくとも部分的に担持され、該支持パネル上の異なる位置で磁場信号の少なくとも実質的に垂直な成分を感知するように構成された、少なくとも３つの局所的に平面の磁場センサのアレイと、
各出力ポートが信号を単一の磁場センサから受信し、該磁場信号の１つの成分に対応する出力信号を該単一の場のセンサで供給するように、出力ポートが対応する磁場センサと個々に結合した３つの又はそれ以上の活性出力ポートと、
を含むことを特徴とする装置。
前記身体は、有機組織であり、
前記磁場センサは、実質的に直線的な構成で配置された導電トレースのほぼ平面のコイルとして配置される、
ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
ヒト内又はヒト上の励起可能無線マーカーを感知して位置発見するためのシステムにおいて、該マーカーによって放射された場を無線で感知するための感知システムであって、
局所的に平面の支持パネルと、
前記支持パネルによって担持された少なくとも４つの場のセンサを含むセンサアレイと、
を含み、
前記場のセンサは、少なくとも実質的に類似し、互いに対して局所的に平面であり、
各場のセンサは、該センサに対して少なくとも実質的に垂直な場の成分にのみ応答する、
ことを特徴とする感知システム。
前記センサアレイは、互いに共面の３２個の場のセンサを含むことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記場のセンサは、互いに共面の直線的コイルを含むことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記支持パネルは、支持シートと、コアと、互いに積層した第１の外側カバー及び第２の外側カバーとを含み、
前記場のセンサは、前記支持シート上の導電材料の渦巻トレースを含む、
ことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記場のセンサは、ほぼ直線的なパターンに配置されたコイルであることを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記場のセンサは、導電材料の直線的渦巻トレースを有する直線的コイルを含むことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記マーカーは、それが感知システムから離れて位置決めされることになる所定の感知距離を有し、
前記場のセンサは、前記所定の感知距離の約１００％から３００％である最大寸法を有する区域を占める、
ことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記マーカーは、それが感知システムから離れて位置決めされることになる所定の感知距離を有し、
前記場のセンサは、前記所定の感知距離の約２００％である最大寸法を有する区域を占める、
ことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記場のセンサは、対称パターンに配置されることを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
前記マーカーによって放射された前記場は、最小許容可能感知距離を有し、
前記場の要素は、前記最小許容可能感知距離の５０％から２００％の間のピッチを有するパターンに配置される、
ことを特徴とする請求項２７に記載の感知システム。
所定の感知距離からの測定のために無線で送信される場を放射するように構成された埋込可能マーカーの位置を発見する用途において、
支持部材と、
前記支持部材によって担持された複数の場のセンサと、
を含み、
前記場のセンサは、互いに対して少なくとも実質的に局所的に平面であり、個々の場のセンサと垂直な場の成分に応答し、
前記場のセンサはまた、所定の感知距離の約１００％から３００％の最大寸法を有する区域を占める、
ことを特徴とする感知システム。
前記場のセンサは、互いに共面であることを特徴とする請求項３７に記載の感知システム。
前記支持部材は、支持シートと、コアと、互いに積層して剛性パネルを形成した第１の外側カバー及び第２の外側カバーとを含み、
前記場のセンサは、前記支持シート上に導電材料の渦巻トレースを有するコイルを含む、
ことを特徴とする請求項３７に記載の感知システム。
前記コイルは、各隅部にコイルのないほぼ直線的なパターンに配置されることを特徴とする請求項３９に記載の感知システム。
前記コイルは、直線的渦巻トレースを含むことを特徴とする請求項３９に記載の感知システム。
前記最大寸法は、前記所定の感知距離の約２００％であることを特徴とする請求項３７に記載の感知システム。
前記場のセンサは、対称パターンに配置されることを特徴とする請求項３７に記載の感知システム。
患者内のターゲット位置を判断するためのシステムであって、
無線で送信された励起信号に応答して場を無線で送信するように構成された共振磁気回路を有するマーカーと、
（ａ）実質的に剛性の支持部材と（ｂ）該支持部材によって担持された少なくとも４つの場のセンサを含むセンサアレイとを含む感知システムと、
を含み、
前記場のセンサは、少なくとも実質的に類似し、互いに対して局所的に平面である、
ことを特徴とするシステム。
センサアレイは、互いに共面の３２個の場のセンサを含むことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記場のセンサは、直線的で共面のコイルであることを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記支持部材は、支持シートと、コアと、互いに積層した第１の外側カバー及び第２の外側カバーとを含み、
前記場のセンサは、前記支持シート上の導電材料の渦巻トレースを含む、
ことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記場のセンサは、各隅部にコイルのないほぼ直線的なパターンに配置されたコイルであることを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記場のセンサは、導電材料の直線的渦巻トレースを有する直線的コイルを含むことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記マーカーにより放射された前記信号は、所定の感知距離で測定されるものであり、
前記場のセンサは、前記所定の感知距離の約１００％から３００％である最大寸法を有する区域を占める、
ことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記マーカーにより放出された前記信号は、所定の感知距離で測定されるものであり、
前記場のセンサは、前記所定の感知距離の約２００％である最大寸法を有する区域を占める、
ことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記センサは、対称パターンに配置されることを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
前記マーカーにより放出された前記信号は、最小許容可能感知距離を有し、
前記場のセンサは、前記最小許容可能感知距離の５０％から２００％の間のピッチを有するパターンに配置される、
ことを特徴とする請求項４４に記載のシステム。
無線で送信された励起信号に応答してマーカー信号を無線で送信するように構成された無線マーカーを感知して位置を発見するためのシステムを製造する方法であって、
マーカー信号に基づいて作動中のマーカーからセンサアレイが位置決めされることになる感知距離を選択する段階と、
支持部材と該支持部材によって担持された複数の場のセンサとを有する感知システムを準備する段階と、
を含み、
前記場のセンサは、互いに対して局所的に平面のアレイに配置され、該場のセンサと少なくとも実質的に垂直な磁場成分に応答し、
前記場のセンサはまた、前記感知距離の約１００％から３００％の最大寸法を有するアレイに配置される、
ことを特徴とする方法。
感知システムを準備する段階は、前記場のセンサを前記感知距離の約２００％の最大寸法を有する区域を占めるアレイに配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項５４に記載の方法。
無線で送信された励起信号に応答してマーカー信号を無線で送信するように構成された無線マーカーを感知して位置を発見するためのシステムを製造する方法であって、
マーカー信号に基づいて作動中のマーカーからセンサアレイが位置決めされることになる感知距離を選択する段階と、
支持部材と該支持部材によって担持された複数の場のセンサとを有する感知システムを準備する段階と、
を含み、
前記場のセンサは、互いに対して局所的に平面のアレイに配置され、該場のセンサと少なくとも実質的に垂直な場の成分に応答し、
前記場のセンサはまた、前記感知距離の約１００％から３００％の最大寸法を有するアレイに配置され、
前記感知システムを前記感知距離に少なくともほぼ等しい距離だけ作動中の前記マーカーから離して位置決めする命令を準備する段階、
を更に含むことを特徴とする方法。