JP2004041724A - 対象の体内の組織の位置を求める装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】医療手技を誘導するための方法およびシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】組織に固定されるように構成され、かつ入射した音波に応答して音響エコーを返すように適合された音響タグ１２０と、各々が、組織に向けて体内に音波を放射しかつ音波に応答してタグから返された音響エコーを受信するように対応する位置に配置されるように適合され、受信した音響エコーに応答して第１の信号を生成するように適合された、複数の音響トランスデューサ１２６と、各々が、基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成するように対応する音響トランスデューサに結合された、複数のトランスデューサ位置センサー１２８と、第１の信号および第２の信号を処理して基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める処理ユニット８４とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】組織に固定されるように構成され、かつ入射した音波に応答して音響エコーを返すように適合された音響タグ１２０と、各々が、組織に向けて体内に音波を放射しかつ音波に応答してタグから返された音響エコーを受信するように対応する位置に配置されるように適合され、受信した音響エコーに応答して第１の信号を生成するように適合された、複数の音響トランスデューサ１２６と、各々が、基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成するように対応する音響トランスデューサに結合された、複数のトランスデューサ位置センサー１２８と、第１の信号および第２の信号を処理して基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める処理ユニット８４とを有する。
【選択図】 図１
Description
【発明の内容の開示】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願が主張する優先権の基礎となる米国特許出願は、１９９９年３月１１日に出願された米国特許出願第０９／２６５，７１５号の一部継続出願である２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１０／０２９，５９５号の一部継続出願である。本出願が主張する優先権の基礎となる米国特許出願は、同日に出願された他の２つの米国特許出願「一体的な位置パッドおよび位置ディスプレイを備えた位置検出システム（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩｎｔｅｇｒａｌＬｏｃａｔｉｏｎＰａｄａｎｄＰｏｓｉｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）」および「位置検出およびディスプレイを備えた侵襲的な医療器具（ＩｎｖａｓｉｖｅＭｅｄｉｃａｌＤｅｖｉｃｅｗｉｔｈＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＤｉｓｐｌａｙ）」に関連する。これらの関連出願は全て参照文献として引用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、大まかに言ってヒトの体内の対象の位置を求めるためのシステムに関し、より詳しくは、誘導器具または医療手技で用いられるその他の器具でのそのようなシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
外科手術での誘導のために埋め込まれたマーカーまたはクリップを用いることは、当業者に知られている。例えば、胸部（乳房）の疑わしい病巣を特定するときに、放射線専門医は簡単な乳房撮影法（マンモグラフィー）で乳房の像を見ながら放射線不透過性のワイヤを病巣の位置に挿入してその位置にしるしをつける（その位置をマークする）。続いて生体組織採取検査（バイオプシー）が行なわれる場合には、外科医は挿入されたワイヤに追従して病巣の正確な位置を見つけ、乳房の正しい領域から組織を正確に除去する。現在では、放射線専門医は、乳房のバイオプシー全体の約４０％でこのような位置のマーキングを用いている。この注意深いアプローチは、誤った陰性のバイオプシーによる所見の発生を大きく減少し、全体的なバイオプシーの診断精度を向上させている。
【０００４】
そのような簡単なバイオプシーのマーカーの有用性が証明されているにもかかわらず、放射線専門医によって挿入されたワイヤに追従するのではなく、独立してバイオプシーの部位への通路を選択できることが外科医にとって望ましい。さらに、ワイヤに基づくマーカーは、肺のバイオプシーのようなその他の侵襲的な手技に対して、またはマーカーが長期間体内に残される用途に対しては適切ではない。したがって、手術および治療のために体内の目標の位置をマークするために無線エミッターまたは「タグ」を用いることが示唆されてきた。そのようなタグは、内部電源を含むのではなく、典型的には人体の外側から供給される外部のエネルギー場によって駆動される。次に、タグは超音波または電磁エネルギーを放射し、放射されたエネルギーが人体の外側のアンテナまたは他のセンサーによって検出される。検出された信号は、タグの位置座標を求めるのに用いられる。受動超音波リフレクターが、そのようなタグのひとつの簡単な例である。その他の受動タグは、電磁放射線を受信し、典型的には周波数および／または位相シフトされた電磁放射線を再放射する。超音波および電磁波の相互作用を組み合わせたハイブリッドタグも当業者には知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１（ブレアら（Ｂｌａｉｒｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、医療用スポンジまたは手術中に体腔内で用いられるその他の器具のような対象に取り付けられた医療的に不活性な検出タグに基づいて手術部位の望まれない対象を検出するための方法および装置を記載している。検出タグは、小型のフェライトロッドおよびコイルとキャパシタ要素とが埋め込まれたひとつの信号エミッターを収容している。代わりに、タグは一巻きのループワイヤおよびキャパシタ要素からなる柔軟な糸を含んでいてもよい。検出装置は、広帯域の伝送信号をパルス状に放射してタグの位置を求めるのに用いられる。タグは、広帯域の範囲内で予め決められていない唯一つの周波数で、広帯域の放射された伝送信号に応答してその伝送信号と共振する。戻り信号（タグが放射する信号）は、単一の周波数（しかし予め決められていない周波数）で周囲のノイズを上回って検出される強度で生成され、認識可能な検出信号が提供される。
【０００６】
特許文献２（ヒルシら（Ｈｉｒｓｃｈｉｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、体内に挿入されたチューブまたは他の対象の位置を検証するためのシステムを記載している。そのシステムは、人体の外側のハンドヘルドのＲＦトランスミッター／レシーバーによる刺激によって共振する対象に取り付けられた共振電気回路を組み込んでいる。共振電気回路の共振によって生成された電磁界はハンドヘルドの装置（ＲＦトランスミッター／レシーバー）によって検出されて、次にハンドヘルドの装置が一連のＬＥＤ（発光ダイオード）を点灯させて、使用者に目標への向きを表示する。別の視覚的なディスプレイが、ＲＦトランスミッター／レシーバーが直接対象の上にある場合を表示する。
【０００７】
特許文献３（ドロンら（Ｄｏｒｏｎｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、患者の体内からの空間的な位置を提供するための遠隔測定システムを記載している。そのシステムは、（ａ）人体の外側から受信された電力信号を電力に変換して遠隔測定ユニットに電力を供給するための第１のトランスデューサと、（ｂ）人体の外側から受信される位置決めフィールド信号を受信するための第２のトランスデューサと、（ｃ）位置決めフィールド信号に応答して人体の外側の部位に位置信号を伝送するための第３のトランスデューサとを有する埋め込み可能な遠隔測定ユニットを含んでいる。
【０００８】
特許文献４（アッカーら（Ａｃｋｅｒｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、例えば、両方のプローブに取り付けられたフィールドトランスデューサの間で非イオン化放射線を伝送することによって、一方のプローブのもう一方のプローブに対する相対的な位置を求めることにより、患者の体内で誘導されたカテーテルなどの医療用プローブを記載している。ある実施の形態では、部位プローブは体内の病巣に固着され、病巣を治療するための器具プローブはプローブ間の相対的な位置をモニタリングして病巣に向けて誘導される。２つ以上のプローブが医療手技を行なうために互いに調整されていてよい。
【０００９】
埋め込まれた装置に固定された受動センサーおよびトランスポンダーが、人体の外側のレシーバーにその他の診断情報を伝達するのに用いられてよい。例えば、特許文献５（ゴバリーら（Ｇｏｖａｒｉｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、対象の人体内の液体の流れを測定するように適合されたステントを記載している。そのステントは、人体に放射された電磁界からエネルギーを受け取って人体の外側のレシーバーへ圧力に関連した信号を伝送するためのトランスミッターへ電力を供給するコイルを収容している。ある実施の形態では、トランスミッターは、当業者に知られているように負性抵抗領域で動作するように適切にバイアスされたトンネルダイオード発振回路に基づいている。
【００１０】
他の例として、特許文献６（スピルマンら（Ｓｐｉｌｌｍａｎｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、外部の診断回路と通信する一体的な電気的受動検出回路を含む埋め込み装置を記載している。その検出回路は、誘導性要素を含み、検出されたパラメーターに関連して変化する周波数依存の可変インピーダンスの負荷を与える効果を診断回路に対して有する。
【文献１】
米国特許第６，０２６，８１８号明細書（第８〜９欄、第１図）
【文献２】
米国特許第５，３２５，８７３号明細書（第４〜６欄、第１図）
【文献３】
米国特許第６，２３９，７２４号明細書（第１１〜１４欄、第３図）
【文献４】
米国特許第６，３３２，０８９号明細書（第１６〜１７欄、第１２図）
【文献５】
米国特許第６，０５３，８７３号明細書（第１０欄、第２図）
【文献６】
米国特許第６，２０６，８３５号明細書（第４〜７欄、第３図）
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明のある側面の目的は、医療手技を誘導するための方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態では、無線タグが患者の体内に埋め込まれて、計画された診断または治療手技の位置をマークする（位置にしるしをつける）。その診断または治療手技の間に、治療される人体の領域には電磁放射線（典型的には無線周波数（ＲＦ）の放射線）または超音波放射線が照射され、タグがその位置を示すエネルギーを返す。タグから返されたエネルギーはレシーバーによって検出されて、タグに対する手術プローブなどの治療または診断装置の位置および姿勢（向き）が求められる。放射源および返されたエネルギーを検出するためのレシーバーは、治療または診断装置と一体形成されていても、ひとつまたは複数の別のユニット内に収容されていてもよい。後者の場合（別のユニット内に収容されている場合）、レシーバーが診断または治療装置から分離されているときは、レシーバーは好ましくは診断または治療装置の位置および姿勢を求めることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態では、タグは患者の体の外側の（複数の）トランスデューサによってタグに向けられた超音波を反射する超音波反射タグからなる。トランスデューサはタグから反射された超音波を受信し、各トランスデューサとタグの間の距離を示す対応する出力信号を生成する。典型的には電磁センサーである位置センサーが各トランスデューサと対応付けられていて、基準としての外部の固定フレーム内でのトランスデューサの座標を見出せるようにされている。トランスデューサの座標および出力信号が処理されて患者の体内でのタグの座標が見出される。この方法は、患者の体内での正確な位置座標を提供しながら、非常に小型、簡単、かつ廉価な超音波反射タグを用いることができるようにする。
【００１４】
代わりに、他のタイプの無線タグが本発明の目的のために用いられてもよい。好ましくは、タグは内部のエネルギー源を含まず、動作に必要な全てのエネルギーを照射された電磁放射線または超音波放射線から得るという点で、受動的である。例示的な受動タグは、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１０／０２９，５９５号および同第１０／０２９，４７３号に記載されていて、これらの米国特許出願は、本出願の出願人に譲渡されていて、その開示内容は参照文献として本明細書で引用される。当業者に知られたその他のタイプのタグが用いられてもよい。
【００１５】
体内のタグに対する治療または診断装置の位置および姿勢は、治療を行なう医者がその装置を適切な位置に誘導するときに装置の位置および姿勢を使用するために、ディスプレイに表示される。好ましいくは、使用するのに好都合なように、ディスプレイは、誘導されるべき治療または診断装置と単一のユニットとして一体形成されていて、例えば治療または診断装置のハンドルに一体形成されている。代わりに、ディスプレイはタグから返されたエネルギーを検出するのに用いられる検出パッドと一体形成されていてもよい。必要に応じて、タグの位置を示すディスプレイは、体の領域のイメージをも形成または受信して、タグの位置および治療または診断装置の位置をそのイメージに重ね合わせる。
【００１６】
本発明の実施の形態に基づくシステムおよび方法は、乳房（胸部）、肺、および胃腸管などの軟組織に実施されるバイオプシーおよびその他の侵襲的な手技を誘導するのにとりわけ有用である。受動タグの埋め込みは、疑われる病巣の位置に最初に誘導するため、および同じ位置に後続の治療および追跡調査で戻るために誘導するための両方で用いられる。そのような誘導システムは、人体の外側の供給源からの強度の放射線を病巣の正確な位置に集束させるために、集束された放射線療法および超音波療法のような非侵襲的な治療に用いることもできる。その他の用途も当業者には明らかであろう。
【００１７】
したがって、本発明の好ましい実施の形態に基づけば、対象の体内の組織の位置を求めるための装置が提供され、その装置は、
組織に固定されるように構成され、かつ入射した音波に応答して音響エコーを返すように適合された音響タグと、
各々が、組織に向けて体内に音波を放射しかつ音波に応答してタグから返された音響エコーを受信するように対応する位置に配置されるように適合され、受信した音響エコーに応答して第１の信号を生成するように適合された、複数の音響トランスデューサと、
各々が、基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成するように対応する音響トランスデューサに結合された、複数のトランスデューサ位置センサーと、
第１の信号および第２の信号を処理して基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める処理ユニットとを有する。
【００１８】
好ましくは、タグには配線による接続が実質的にされていない。
【００１９】
さらに好ましくは、タグに入射する音波は第１の周波数を有し、タグによって返される音響エコーは第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する。好ましい実施の形態では、タグは、キャビティを画定するシェルと、シェルに収容された媒体とを有し、シェルおよび媒体は第２の周波数で共振するように選択され構成されている。
【００２０】
好ましくは、第１の信号は対応する音響トランスデューサとタグとの距離を示し、処理ユニットはその距離を三角測量することによって音響トランスデューサに対するタグの位置を求めるように適合されている。
【００２１】
さらにまたは代わりに、装置はひとつまたは複数のフィールド発生器を含み、そのフィールド発生器は、基準としての外部フレームに固定されていて、かつ音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成するように適合されていて、トランスデューサ位置センサーは、電磁界に応答して電流が流れるフィールドセンサーを含み、第２の信号はフィールドセンサーを流れる電流に対応する。好ましくは、装置は器具位置センサーを含み、その器具位置センサーは体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、電磁界に対応する第３の信号を生成するように適合されていて、処理ユニットは第３の信号を処理して音響タグに対する医療器具の座標を求めるようにさらに結合されている。好ましい実施の形態では、装置はディスプレイを含み、そのディスプレイは医療器具の操作者が用いるための音響タグに対する医療器具の座標の視覚的表示を提供するように適合さていて、ディスプレイおよびフィールド発生器コイルは一体的なパッケージ内に処理ユニットと共に収容されている。
【００２２】
他の実施の形態では、トランスデューサ位置センサーはフィールド発生器を含み、そのフィールド発生器は電磁界を生成するように適合されていて、装置はひとつまたは複数のフィールドレシーバーを含み、そのフィールドレシーバーは基準としての外部フレームに固定されていて、フィールドレシーバーコイルを流れる電流は第２の信号に対応し電磁界に応答する。
【００２３】
好ましくは、装置は器具位置センサーを含み、その器具位置センサーは体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ基準としての外部フレーム内での医療器具の座標を示す第３の信号を生成するように適合されていて、処理ユニットは音響タグに対する医療器具の座標を求めるように第３の信号を処理するようにも結合されている。典型的には、医療器具は侵襲的器具を含み、その侵襲的器具は組織に到達するように体内を穿通するように適合されていて、装置は侵襲的器具の操作者が用いるための音響タグを通過する軸に対する侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を提供するように適合されている。好ましい実施の形態では、侵襲的な器具ハンドルを含み、ディスプレイはハンドルに取り付けられている。好ましくは、侵襲的器具は組織に手術手技を行なうように適合されている。代わりにまたはさらに、侵襲的器具は内視鏡を含む。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態に基づけば、対象の体内の組織の位置を求める方法も提供され、その方法は、
組織に音響タグを固定する過程と、
体の近くの対応する位置に複数の音響トランスデューサを配置する過程と、
音響トランスデューサを駆動させて組織に向けて体内に音波を放射する過程と、
音波に応答してタグから返された音響エコーを受信し、受信された音響エコーに応答して第１の信号を生成する過程と、
各々が対応する音響トランスデューサに結合された複数のトランスデューサ位置センサーを用いて基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成する過程と、
第１の信号および第２の信号を処理して、基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める過程とを有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、患者の体内での正確な位置座標を提供しながら、非常に小型、簡単、かつ廉価な超音波反射タグを用いることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照した本発明の好ましい実施の形態についての以下の詳細な説明からより十分に理解される。
【００２７】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグ２０の一部切り欠き模式図である。ここで図示され説明されるタイプのタグ２０は、「ビーコン」とも呼ばれる。タグ２０はＲＦアンテナ２２を有し、ＲＦアンテナ２２は典型的にはコイルの形態を有し、キャパシタ２４および別の回路２６に接続されていて共振回路を形成している。コイル、キャパシタ、および回路は、密閉された生体適合性を有するパッケージ２８内に収容されていて、パッケージ２８は典型的にはプラスチックまたはその他の非導電性材料で作られている。図１に示された実施の形態では、パッケージ２８は基部を含んでいて、この基部はタグ２０を患者の軟組織の所望の位置に配置するために放射線専門医によって適切なインサーター器具（図示せず）を用いて把持される。
【００２８】
好ましくは、回路２６はｌｎ３７１２ダイオードのようなトンネルダイオード（図示せず）を有し、そのトンネルダイオードはアンテナ２２およびキャパシタ２４と共に当業者に知られたトンネルダイオード発振回路を形成している。例えば、アンテナは０．５ｍｍワイヤの小さいループによって形成されていて４０ｐＦのキャパシタに接続されている。トンネルダイオード発振回路の設計と無線トランスポンダーでのトンネルダイオード発振回路の使用についての詳細は、上述された米国特許第６，０５３，８７３号に記載されている。簡略に述べると、発振回路は外部で生成された電磁界によって第１の周波数（ｆ１）で励振されて、発振回路が応答フィールド（電磁界）を第２の周波数（ｆ２）で放射する。トンネルダイオードはこの目的にとりわけ適していて、その理由はトンネルダイオードのＩ−Ｖ特性曲線がダイオードが負性抵抗を示す部分すなわちダイオードに印加される電圧が減少するとダイオードを流れる電流が増加する部分を含み、発振回路が発振を起こすからである。発振周波数（ｆ２）は、トンネルダイオードの実効キャパシタンスによって発振回路の通常の共振周波数とは異なる値となる。典型的には、周波数ｆ２は励振周波数ｆ１とは約１０％から４０％までの範囲内で異なる。例えば、８８ＭＨｚの励振周波数ｆ１によって、１２０ＭＨｚの周波数ｆ２の応答電磁界が得られる。応答電磁界の強度および向きは、以下に説明されるように、タグ２０の位置に「帰巣する（ｈｏｍｅｉｎ）」ために用いられる。代わりに、その他のタイプの再放射発振器がこの目的のために用いられてもよい。
【００２９】
図２は、本発明の好ましい実施の形態に基づく患者の乳房内へのタグ２０の埋め込みと、タグ２０を手術器具３２の誘導に用いる様子を示した模式図である。典型的には、手術器具３２はプローブ３４からなり、例えばタグ２０によってマークされた位置で乳房３０から生検試料を切断して抽出するために用いられる。手術器具３２は、励振および検出回路に接続され手術器具３２内または別の処理ユニット（図示せず）内に収容されたアンテナアセンブリ３６を有する。アンテナアセンブリ３６は、タグ２０内の回路の励振周波数ｆ１でまたは励振周波数ｆ１に近い値の周波数でＲＦエネルギーを放射するように駆動される。この励振エネルギーによって、タグ２０が周波数ｆ２で応答電磁界を放射することになり、放射された応答電磁界はアンテナアセンブリ３６によって検出される。典型的には、アンテナアセンブリ３６は、プローブ３４の長手方向の軸の周りに間隔を置いて配置された２個以上のアンテナ（図示せず）を有する。周波数ｆ２で（複数の）アンテナによって検出される応答電磁界の強さの差は、タグ２０の位置に対するプローブの軸の不整合の向きおよび程度を示している。検出された応答電磁界に基づいて、手術器具３２のハンドルに設けられたディスプレイ３８は、外科医がプローブ３４をタグ２０の位置に正確に方向付けるように手引きする。（複数の）アンテナからの信号が等しくなったとき、プローブの軸がタグ２０に整合している。
【００３０】
図３は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ２０および手術器具３２を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示したフロー図である。タグ２０は、最初にステップ（埋め込みステップ）４０で放射線専門医によって乳房３０内に埋め込まれる。このステップは、典型的にはタグ２０を病巣内または病巣の近くに配置するために、疑わしい病巣の位置を決定するために乳房の像を写しながら実行される。次に、外科医がプローブ３４を乳房の近くに移す。ステップ（電力伝送ステップ）４２では、アンテナアセンブリ３６がプローブ３４の向きに沿ってＲＦ電磁界を乳房へ向けて伝送する。上述されたように、伝送される電磁界は、タグ２０内の発振回路の励振周波数または励振周波数に近い周波数である。ステップ（ビーコン伝送ステップ）４４では、発振回路で発生した発振によって、発振回路は応答電磁界またはビーコン信号を放射する。
【００３１】
アンテナアセンブリ３６は、ステップ（ビーコン受信ステップ）４６でビーコン信号を受信し、受信されたビーコン信号が処理されて、その強度特性と、必要に応じてその方向特性とが測定される。これらの特性は、ディスプレイを駆動するのに用いられて、外科医にプローブ３４がタグ２０に到達するためにはプローブ３４を乳房組織中でどのように方向付けるべきかを視覚的に指示する。ある実施の形態では、ディスプレイ３８は単に信号の強度のみを表示し、外科医は信号の強度が最小となるようにプローブ３４を方向付ける。他の実施の形態では、典型的には、上述されたようにアンテナアセンブリ３６内の複数のアンテナを用いて、方向信号を生成するように応答信号が処理される。アンテナの出力がアナログおよび／またはデジタル差動処理回路を用いて処理されて、ディスプレイ３８上のポインタまたはカーソルを駆動し、プローブ３４からタグ２０までの向きが表示される。必要に応じて、医療器具３２は、プローブ３４が乳房３０内の目標に正しく方向付けられているか否かを外科医に知らせるために、音または一連の音のような可聴表示をも提供してよい。
【００３２】
ステップ（ガイダンスステップ）４８では、外科医はディスプレイ３８によって提供された情報を用いてプローブ３４をタグ２０に向けて誘導する。ステップ（成功ステップ）５０で、プローブ３４の先端がタグ２０の位置に到達するまで、ステップ４２からステップ４８までが連続して繰り返される。プローブ３４の先端がタグ２０の位置まで成功裏に穿通したことは、さまざまな異なる方法で判定される。例えば、アンテナまたはその他のセンサーがプローブの先端の近くに組み込まれていて、プローブがタグに接触したときに信号を発生することによって判定される。代わりに、アンテナアセンブリ３６内の複数のアンテナの各々が、アンテナからタグの位置を指し示す対応する方向ベクトルを見出すために用いられてよい。これらのベクトルが交差する点がタグの位置を示している。したがって、アンテナアセンブリ３６からベクトルの交差する点までの距離がプローブ３４の既知の長さに等しくなったとき、プローブの先端がタグの位置に到達したと判定される。この時点で、ディスプレイ３８は好ましくは成功の表示を色の変化または可聴信号によって行う。次に、外科医はバイオプシーまたは保証されているその他の手技を完了することができる。タグ２０は、この手技の一部として外科的に除去されても、将来のアクセスのためにその位置に残されてもよい。
【００３３】
図４は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグ５４の一部切り欠き模式図である。タグ５４は、アンテナ２２に加えて、ひとつまたは複数の位置検出コイル５６を有する。外部のフィールド発生器によってコイル５６に電磁界を印加することにより、コイル５６に電流が流れる。電流の大きさは、これらのコイル５６のフィールド発生器に対する位置座標および姿勢（向き）座標を求めるのに用いられる（以下で図６に示される）。そのようなコイルを用いた侵襲的な装置の位置および姿勢を決定する方法の例は、ベン−ハイム（Ｂｅｎ―Ｈａｉｍ）による米国特許第５，３９１，１９９号、および１９９７年５月１４日に出願された米国特許出願第０８／７９３，３７１号（ベン−ハイムら（Ｂｅｎ―Ｈａｉｍｅｔａｌ．）による国際公開第９６／０５７６８号パンフレット）に記載されていて、これらの特許および特許出願は参照文献として引用される。３個の位置検出コイル５６はタグ５４の６次元の位置および姿勢座標を提供する。６次元情報の全てを必要とはしない用途では、ひとつの位置検出センサー５６で十分である。
【００３４】
コイル５６は制御回路５８に接続されていて、制御回路５８はコイル５６を流れる電流を感知して感知した電流をタグ５４の座標を求めるのに用いる。好ましくは、制御回路５８は、コイル５６を流れる電流の大きさが符号化された信号を生成して、その信号をアンテナ２２によって伝送する。その信号は外部の処理ユニットによって復号され処理されて、タグ５４の座標が求められる。必要に応じて、タグ５４はひとつまたは複数の別のセンサー６０をさらに有し、そのセンサー６０は体内のタグ５４が配置された部位の生理学上の変数（パラメータ）を測定する。そのようなセンサーの例として、温度センサー、圧力センサー、ｐＨセンサー、および、タグ５４が接触している組織の物理的および化学的特性を測定するその他のセンサーがある。制御回路５８は、それらのセンサーの測定値をも符号化し伝送する。
【００３５】
図５は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ５４の回路要素を示す電気的な模式図である。アンテナ２２は、好ましくは１ＭＨｚ以上の範囲の高周波信号を受信し伝送するように最適化されている。一方、コイル５６は好ましくは外部のフィールド発生器が生成する電磁界の周波数である１ｋＨｚから３ｋＨｚまでの範囲内の周波数で動作するように設計されている。代わりに、その他の範囲の周波数が用途の必要性に応じて用いられてよい。この実施の形態に基づけば、タグ５４は、典型的には実質的に２ｍｍから５ｍｍまでの範囲内の長さを有し、実質的に２ｍｍから３ｍｍまでの範囲内の外径を有する。このタイプのタグの別の側面は、上述された米国特許第１０／０２９，４７３号に記載されている。
【００３６】
タグ５４の位置を求めるために、さまざまな既知の位置および／または姿勢の複数のフィールド発生器によってタグ５４を収容する患者の体の領域に電界が印加される。好ましくは、フィールド発生器の各々の動作周波数は互いに異なる。制御回路５８は、コイル５６を流れるフィールド周波数が異なる電流を測定し、それらの測定値をアンテナ２２を介して伝送される高周波数信号に符号化する。代わりにまたはさらに、複数の異なるフィールド発生器が時間多重されて、各フィールド発生器が割り当てられたタイムスロットの間動作する。
【００３７】
図５に示された実施の形態では、制御回路５８は電圧−周波数（Ｖ／Ｆ）変換器６２を有し、その電圧−周波数変換器６２は、センサーコイルを流れる電流によって負荷の両端に生じた電圧に比例する周波数を有するＲＦ信号を生成する。好ましくは、制御回路５８によって生成されたＲＦ信号は、５０ＭＨｚから１５０ＭＨｚまでの範囲内のキャリア周波数を有する。このようにして生成されたＲＦ信号は、フィールド発生器によって生成された電磁界の各周波数で時間的に変化する複数の異なる周波数変調（ＦＭ）成分によって変調される。変調の振幅は、異なる周波数の電流成分に比例する。患者の体の外側のレシーバーは、ＲＦ信号を復調して電流成分の振幅を求めてタグ５４の座標を計算する。
【００３８】
代わりに、制御回路５８は、センサーコイル５６を流れる電流の振幅をデジタル化するサンプリング回路およびアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（図示せず）を有してもよい。その場合、制御回路５８は、デジタル的に変調された信号を生成し、その信号をアンテナ２２によって伝送するためにＲＦ変調する。この目的のために任意の適切なデジタル符号化および変調方法が用いられてよい。その他の信号処理および変調方法も当業者には明らかであろう。
【００３９】
図６は、本発明の好ましい実施の形態に基づく乳房３０内のタグ５４の位置に手術器具７６を誘導するためのシステム６６の模式図である。電源コイル６８は好ましくは２ＭＨｚから１０ＭＨｚまでの範囲内の高周波ＲＦ電磁界を生成する。この電磁界はアンテナ２２内に電流を流し、その電流が制御回路５８によって整流されて制御回路５８の内部回路に電力を供給するのに用いられる。一方、フィールド発生器コイル７０は好ましくは１ｋＨｚから３ｋＨｚまでの範囲内の周波数の電磁界を生成し、その電磁界が（ひとつまたは複数の）センサーコイル５６内に電流を流す。これらの電流は、フィールド発生器コイルを流れる駆動電流と同じ周波数の周波数成分を有する。電流成分は、センサーコイル５６の軸と平行な方向でフィールド発生器コイル７０によって生成された対応する磁界の成分の強度に比例する。したがって、電流の振幅は、固定されたフィールド発生器コイル７０に対するセンサーコイル５６の位置および姿勢を表している。
【００４０】
制御回路５８は、コイル５６からの電流の振幅をアンテナ２２を介して伝送される高周波信号に符号化する。代わりに、タグ５４は、例えば上述された米国特許第６，２３９，７２４号に記載されているようにＲＦ電力を受信するためのアンテナと、信号を伝送するためのアンテナを別々に有してもよい。符号化された信号はコイル６８または他の受信用アンテナによって受信されて、処理ユニット７２に伝達される。典型的には、処理ユニット７２は、適切な入力回路とタグ５４から空気を介して受信された位置信号を処理するためのソフトウエアとを備えた汎用コンピュータからなる。処理ユニットは、タグ５４の位置座標、および必要に応じて姿勢座標を計算し、タグの座標をディスプレイ７４に表示する。
【００４１】
手術器具７６は、位置センサー７８をも有し、位置センサー７８はタグ５４内のコイル５６と同じ形態および機能のひとつまたは複数のコイルを有する。フィールド発生器コイル７０によって生成される電磁界は、コイル７０に対する手術器具７６の位置および姿勢に応じてセンサー７８内にも電流を流す。生成された電流信号も、タグ５４の場合のように空気を介して、または有線で処理ユニット７２に伝送される。センサー７８が空気を介して信号を伝送する場合、タグ５４とは異なるキャリア周波数を使用して信号同士が容易に区別されるようにするのが好ましい。
【００４２】
タグ５４およびセンサー７８からの信号に基づいて、処理ユニット７２は、乳房３０内のタグ５４の位置に対する手術器具７６の位置および姿勢を計算する。ポインタおよび／またはカーソルがティスプレイ７４上に表示されて手術器具がその目標（タグ）に正しく向けられているか否かを外科医に示す。座標を表示するためのさまざまな方法がこの目的のために用いられてよく、例えば、３次元格子メッシュ、２次元格子メッシュ、２次元または３次元極座標表示、数値による座標表示、または当業者に知られた他の方法が用いられてよい。必要に応じて、タグおよび手術器具の位置がその測定された位置および姿勢を用いて、Ｘ線、ＣＴ、または超音波イメージなどの乳房３０のイメージと共に登録される。乳房３０のイメージがディスプレイ７４上に表示され、タグおよび手術器具の位置に対応するアイコンがイメージ上に重ね合わされる。イメージで誘導される手術に用いるのに有用な別の表示方法が上述された米国特許第６，３３２，０９８号に記載されている。
【００４３】
図７は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく乳房３０内のタグ８１の位置に手術器具を誘導するためのシステム８０の模式図である。この実施の形態では、タグ８１は、その動作電力を（コイル６８のように）電磁界からではなく、超音波トランスミッター８２によって生成された音響エネルギーから得る。この種のタグは、例えば、上述された米国特許出願第１０／０２９，５９５号に示されている。トランスミッター８２によって生成された音響エネルギーは、タグ８１内の圧電性結晶などの小型のトランスデューサを励振して、電気的エネルギーを生成する。生成された電気的エネルギーは上述されたコイル５６のようなタグ８１内のひとつまたは複数のコイル内に電流を流す。タグ８１内のコイルを流れる電流は、乳房３０の外側に電磁界を生成し、その電磁界はこの実施の形態ではコイル７０（この場合フィールド発生器としてではなくフィールド受信機として働く）によって受信される。供給された音響エネルギーの周波数と同じ周波数でコイル７０を流れる電流の振幅が測定されて、タグ８１の位置が求められる。
【００４４】
代わりに、タグ８１は、タグ内の（ひとつまたは複数の）センサーコイル５６がコイル７０によって生成されたフィールドを受信し，タグ内の回路がコイル５６の電流成分の振幅を表す信号を伝送するという点で、タグ５４と同じように動作してよい。しかし、図７の実施の形態では、タグ内の回路はコイル６８からの電力ではなくトランスミッター８２によって印加された音響エネルギーに応答してタグ８１内の圧電性結晶（または他のトランスデューサ）が生成した電気的エネルギーを整流することによって電力を得る。タグ８１は、信号を連続的ではなくパルス的に伝送してよく、キャパシタはパルスとパルスの間の期間内にタグ８１にエネルギーを蓄えるために用いられて伝送される信号が良好な信号／雑音比で体の外側で受信されるのに十分な電力を有するようにされてよい。
【００４５】
前述された実施の形態のように、センサー７８は手術器具７６の位置および姿勢を求めるために用いられる。センサー７８は、上述されたようにコイル７０によって生成されたフィールドを受信しても、コイル７０によって受信されるフィールドを生成するように駆動されてもよい。
【００４６】
タグ８１およびセンサー７８によって生成された位置信号は、組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４によって受信されて処理される。このユニット８４は、前述された実施の形態で用いられている別個の処理ユニット７２、コイル７０、およびディスプレイ７４に代わるものである。ユニット８４は、好ましくは、安定した移動可能な取り付け部（図示せず）によって保持されていて、外科医が乳房３０の近くでかつユニットのディスプレイ８６を見るのに好都合な位置にユニット８４を配置できるようにする。フィールド発生器コイル７０は、ユニット８４内に組込まれていて、タグ８１および手術器具７６のユニットに対する位置が求められる。コイル７０は切り欠きされて図示されているが、通常は非導電性のカバーで保護されたユニットのケース内に収容されている。重要なのはタグ８１および手術器具７６の絶対的な位置ではなく相対的な位置および姿勢なので、外科医は手術中に必要に応じてユニット８４を動かして、タグ８１およびセンサー７８からの信号が十分に強く、ディスプレイ８６を容易に見ることができ、ユニット８４自体が外科医の作業を妨げないようにすることができる。
【００４７】
ディスプレイ８６は好ましくは距離誘導器８８および姿勢目標９２を有する。距離誘導器８８のマーク９０は医療器具７６の先端がタグ８１の位置からどれだけ離れているかを示す。目標９２のカーソル９４はタグ８１の位置に到達するのに必要な軸に対する手術器具７６の姿勢を示す。カーソル９４が目標に位置合わせされたとき、手術器具７６がタグ８１に向けて方向付けられたことを意味する。ディスプレイ３８（図２）は、好ましくは同様の原則で動作する。
【００４８】
図８は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ８１および組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４を含むシステム８０を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。図６に示されたシステム６６の要素を用いて必要な変更を加えて同様な手技が実行される。図３を参照して説明されたように、手技は、ステップ（埋め込みステップ）１００で乳房３０内の目標の位置に適切なタグを埋め込むことによって開始される。タグは次に、ステップ（励振ステップ）１０２で乳房にトランスミッター８２を配置してトランスミッターを駆動して音響エネルギーを生成することによって励振される。代わりに、タグ５４が用いられる場合には、コイル６８が用いられてタグがＲＦ電力によって励振されてよい。
【００４９】
ステップ（伝送ステップ）１０４では、励振されたタグは位置信号をユニット８４に伝送する。同時にまたはタグが位置信号を伝送する代わりに、ステップ（手術器具伝送ステップ）１０６では、センサー７８も位置信号をユニット８４に伝送する。ステップ（座標決定ステップ）１０８では、ユニット８４（または図６の実施の形態の処理ユニット７２）は、位置信号を受信し手術器具７６およびタグ８１の相対座標を求める。求められた相対座標に基づいて医療器具７６のタグ８１に対する位置および姿勢が上述されたようにディスプレイ８６に表示される。
【００５０】
ステップ（プローブ誘導ステップ）１１０では、外科医はディスプレイ８６に表示された情報を用いて手術器具の先端をタグ８１の位置に誘導する。典型的な操作では、外科医は手術器具を選択された開始位置に保持し、目標９２を用いて手術器具をタグ８１に向けて方向付ける。次に外科医はカーソル９４を目標９２に中心合わせした状態に保ちながら手術器具を乳房３０内に前進させる。ステップ１０２からステップ１１０は、ステップ（成功ステップ）１１２でマーク９０が手術器具がタグ８１の位置に到達したことを示すまで連続して繰り返される。バイオプシーまたはその他の望まれる手技が次に実行される。
【００５１】
図９は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく超音波反射タグ１２０を示す一部切り欠き模式図である。本発明の目的に用いることのできるこの種のさまざまなタグが、上述された米国特許出願第１０／０２９，５９５号に示され説明されている。この実施の形態のタグ１２０は、球状のバブル（半球形のもの）の形態を有し、患者の体の外側の音響トランスデューサが生成した超音波に打たれるシェル１２２を有する。入射した超音波はタグに共鳴を起こし、タグは検出可能な超音波エコーを放射する。シェル１２２が（図示されているように）球状の場合、放射されたエコーは実質的に等方性であり、エコーを三角測量することによって体内の目標の位置を知ることができる。
【００５２】
好ましくは、シェル１２２は媒体１２４を収容していて、シェル１２２および媒体１２４が入射した超音波に対して非線形に振動して応答するように構成されている。患者の体の外側の音響発生器が放射した周波数ｆ１の超音波は、シェル１２２を打ち、シェルおよび／または収容された媒体にエネルギーを与える。次にシェル１２２は周波数ｆ１とは異なるその共振周波数ｆ２で超音波を放射する。共振周波数は、当業者に知られているように、シェルの半径、ヤング率、および厚みなどの変数によって決まる。好ましくは、強いエコーを生成するために、タグ１２０の設計変数および励振周波数ｆ１は、ｆ２がｆ１の倍数となるように選択される。
【００５３】
図１０は、本発明の好ましい実視の形態に基づく乳房３０内のタグ１２０の位置へ手術器具を誘導するためのシステム１２５の模式図である。この実施の形態も上述された組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４を用いる。複数の超音波トランスデューサ１２６が乳房３０に取り付けられる。各トランスデューサ１２６は、順番に、周波数ｆ１のパルス状の超音波エネルギーを生成するように駆動されて、タグ１２０によって返された周波数ｆ２のエコー信号を検出する。代わりにまたはさらに、全てのトランスデューサ１２６が、ひとつのトランスデューサが生成した超音波パルスによる返されたエコーを検出してもよい。超音波パルスの発生からエコーの受信までの遅延時間が各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの距離を示している。代わりにまたはさらに、各トランスデューサ１２６によって受信されたエコー信号の電力が距離を求めるために用いられてもよい。
【００５４】
しかし、乳房３０内のタグ１２０の実際の位置を求めるためには、トランスデューサ１２６の位置を知る必要がある。この目的のために、センサーコイル１２８が各トランスデューサ１２６に取り付けられている。ユニット８４内のフィールド発生器コイル７０を励振することによりセンサーコイル１２８内に電流を流す。これらの電流の振幅は、上述されたように、フィールド発生器コイルに対するセンサーコイルの位置および姿勢に応じて変わる。ユニット８４は、センサーコイル１２８を流れる電流を分析してトランスデューサ１２６の位置座標を求める。求められた位置座標および各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの超音波の反射によって測定された距離に基づいて、ユニット８４は、固定された外部のフレームを基準としたタグの正確な位置を求めることができる。
【００５５】
ユニット８４に対する手術器具７６の位置座標および姿勢座標は上述されたようにセンサー７８を用いて求められ、手術器具からタグ１２０までの距離および向きも計算されて表示される。
【００５６】
システム１２５はタグ１２０の位置を見出すための２組の位置の測定値、すなわち、ユニット８４に対するトランスデューサ１２６の位置、および、トランスデューサ１２６に対するタグ１２０の位置を用いていることが分かる。このような追加された複雑さは前述された実施の形態には存在しない。一方、タグ２０、タグ５４、およびタグ８１と比較して、タグ１２０は非常に簡単で、製造コストが低く、必要に応じて非常に小型に製造できる。典型的には、タグ１２０は２ｍｍ未満の直径を有する。
【００５７】
図１１は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ１２０を含むシステム１２５を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示したフロー図である。この実施の形態でも、ステップ（埋め込みステップ）１３０で放射線専門医によって乳房内の疑わしい病巣の部位にタグ１２０が埋め込まれることによって手技が開始される。好ましくは、この目的のために、シェル１２２の材料は標準的な画像化技術を用いて明瞭に見ることのできるものが選択される。次に、ステップ（トランスデューサ固定ステップ）１３２で、手術の準備として、トランスデューサ１２６がタグ１２０の位置の周囲の乳房３０の皮膚に固定される。
【００５８】
ステップ（ＲＦ配置ステップ）１３４では、手術器具７６およびトランスデューサ１２６の相対的な位置および姿勢を見出すために、フィールド発生器コイル７０が駆動されて、センサー７８およびセンサーコイル１２８を流れる電流が測定される。代わりに、この目的のために他の位置検出技術が用いられてもよい。例えば、ステップ１３４ては、手術器具７６およびトランスデューサ１２６の両方が患者の体の外側にあるので、光学的な検出技術が手術器具１２６およびトランスデューサ１２６の座標を見出すために用いられてもよい。超音波位置検出技術も同様に用いられてよい。
【００５９】
ステップ（エコー測定ステップ）１３６では、トランスデューサ１２６が駆動されて、タグ１２０からのエコーがトランスデューサ１２６によって受信されて測定される。エコーは上述されたように各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの距離を求めるのに用いられる。ステップ１３４とステップ１３６の順番は逆にしてもよい。次に、ステップ（三角測量ステップ）１３８で、ユニット８４は必要な幾何学的計算および変換を実行してタグ１２０に対する手術器具７６の位置座標および姿勢座標を求める。ステップ（表示ステップ）１４０では、上述されたように、タグからの手術器具の距離およびタグへ直接向かう軸に対する手術器具の姿勢がディスプレイ８６に表示される。
【００６０】
ステップ（プローブ誘導ステップ）１４２では、外科医はディスプレイ８６に表示された情報を用いてタグ１２０の位置へ向けて手術器具７６の先端を誘導する。上述されたように、外科医はカーソル９４を目標９２の中心に保ちながら乳房３０内の手術器具を前進させる。ステップ（成功ステップ）１４４でマーク９０によって手術器具がタグ８１の位置に到達したことが示されるまでステップ１３４からステップ１４２までが連続して繰り返される。次に、バイオプシーまたはその他の望まれる手技が行われてよい。
【００６１】
上述された全ての実施の形態は乳房の手術に関して説明され、特に乳房のバイオプシーに関して説明されたが、これらの実施の形態で用いられた装置および方法は、他の体組織に対する他の手技および治療にも適合させることができる。例えば、上述されたタグは強度焦点放射線によって治療される体組織内に埋め込まれてよい。そのような技術は、典型的には、体内の組織またはその他の病巣のアブレーションに用いられる。この種の治療の用途では、放射線専門医は治療されるべき位置にタグを埋め込み、次に、治療のために用いられる放射線源がタグの位置に誘導される。即ち、図１０を再び参照すると、トランスデューサ１２６が強度焦点超音波（ＨＩＦＵ）治療に用いられるのに適したものである場合、ユニット８４によって生成された位置信号および表示を用いてトランスデューサ１２６はタグ１２０の位置に向けられ誘導される。
【００６２】
図１２は、本発明の好ましい実施の形態に基づく気管支鏡検査法でのタグ２０の使用を示す模式図である。タグ２０は、患者１５２の肺１５０内で実行された画像化手技の間に発見された疑わしい結節１５４に固定される。気管支鏡１５６が用いられて視診が行なわれ、可能ならば結節１５４が生体組織採取検査（バイオプシー）される。後の気管支鏡検査で追跡調査するために同じ結節の位置に容易に戻ることができることも好ましい。医師１５７は、ハンドル１５８を把持して操縦することにより気管支鏡１５６を操作する。気管支鏡１５６は図２に示された手術器具と同じ要素を有し、気管支鏡の先端にはアンテナアセンブリ３６（適切に適合され小型化されている）があり、ハンドル１５８にはディスプレイ３８がある。ディスプレイ３８を見ながら、医師１５７はステアリングノブ１６０を回して肺１５０の中に気管支鏡１５７を進めて結節１５４の位置に気管支鏡を到達させる。
【００６３】
この実施の形態は、図１に示されたタグ２０に基づくものであるが、その他のＲＦに基づく上述されたタグ（図４に示されたタグ５４など）をこの目的に用いてもよい。一方、超音波の利用に基づくタグは、典型的には肺に用いるためには満足のいくものではない。
【００６４】
図１３は、本発明の好ましい実施の形態に基づく結腸鏡検査手技へのタグ１２０の使用を示す模式図である。この例では、タグ１２０は患者の結腸１６２で発見されたポリープ１６４に固定される。超音波トランスデューサ１２６（図１３には示されていないが図１０に示されている）が患者の腹部に固定され、上述された方法でタグ１２０の位置を求めることができるようにされている。結腸鏡１６０は、結腸１６２内を進められ、その位置がセンサー７８によって追跡される。結腸鏡１６０の先端がタグ１２０の位置に到達すると、ユニット８４は結腸鏡１６０からタグ１２０までの距離および向きを表示する。必要に応じて、タグ１２０の位置を示すアイコンが、結腸鏡内の画像センサーによって形成され適切なビデオディスプレイ上に表示された結腸１６２の内部のビデオ画像に重ね合わされる。
【００６５】
上述された好ましい実施の形態は、特定の体器官での特定の医療および手術手技に関して説明されたが、本発明のタグ、補助器具、および方法をその他の領域に用いることも当業者には明らかである。本発明の原則は、最小侵襲的外科手術、内視鏡および非侵襲的治療および診断療法を含むその他のタイプの外科手術にも同様に用いることができる。
【００６６】
上述された好ましい実施の形態は例示として記載されたものであること、および本発明が上記の特定的に示され記載されたものに限定されないことが適切に理解される。むしろ、本発明の範囲は、上述されたさまざまな特徴、および上記の記載から当業者が思い浮かべることができかつ従来技術に開示されていない変形および変更の組み合わせおよび部分的な組み合わせの両方を含む。
【００６７】
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（１）音響タグへの配線による接続が実質的にない、請求項１記載の装置。
（２）音響タグに入射する音波が第１の周波数を有し、上記音響タグによって返される音響エコーが上記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する、請求項１記載の装置。
（３）音響タグが、キャビティを画定するシェルと、上記シェル内に収容された媒体とを有し、上記シェルおよび上記媒体が、第２の周波数で共振するように選択されかつ構成されている、実施態様（２）記載の装置。
（４）第１の信号が、対応する上記音響トランスデューサと上記音響タグとの間の距離を示し、処理ユニットが、上記距離を三角測量することによって上記音響トランスデューサに対する上記音響タグの位置を求めるように適合されている、請求項１記載の装置。
（５）基準としての外部フレームに固定され、かつ音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成するように適合されたひとつまたは複数のフィールド発生器をさらに有し、トランスデューサ位置センサーが、上記電磁界に応答して電流が流れるフィールドセンサーを有し、第２の信号が上記フィールドセンサーを流れる電流に対応する、請求項１記載の装置。
【００６８】
（６）体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ電磁界に応答して第３の信号を生成するように適合された器具位置センサーをさらに有し、処理ユニットが、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求めるようにも結合されている、実施態様（５）記載の装置。
（７）医療器具の使用者が用いるために音響タグに対する上記医療器具の座標の視覚的表示を提供するように適合されたディスプレイをさらに有し、上記ディスプレイおよびフィールド発生器コイルが一体的なパッケージ内に処理ユニットと共に収容されている、実施態様（６）記載の装置。
（８）トランスデューサ位置センサーが、電磁界を生成するように適合されたフィールド発生器を有し、基準としての外部フレームに取り付けられ、かつ上記電磁界に応答して第２の信号に対応する電流がそのコイルに流れるひとつまたは複数のフィールドレシーバーをさらに有する、請求項１記載の装置。
（９）体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ基準としての外部フレーム内での上記医療器具の座標を示す第３の信号を生成するように適合された器具位置センサーをさらに有し、処理ユニットが、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求めるようにも結合されている、請求項１記載の装置。
（１０）医療器具が組織に到達するように体内を穿通するように適合された侵襲的器具を有し、上記侵襲的器具の使用者が用いるために音響タグを通る軸に対する上記侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を提供するように適合されたディスプレイをさらに有する、実施態様（９）記載の装置。
【００６９】
（１１）侵襲的器具がハンドルを有し、ディスプレイが上記ハンドルに取り付けられている、実施態様（１０）記載の装置。
（１２）侵襲的器具が組織に手術手技を行なうように適合されている、実施態様（１０）記載の装置。
（１３）侵襲的器具が内視鏡を有する、実施態様（１０）記載の装置。
（１４）音響タグへの配線による接続が実質的にない、請求項２記載の方法。
（１５）体内に音波を放射する過程が、第１の周波数で音波を体内に放射する過程を有し、第１の信号を生成する過程が、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で音響タグから返された音響エコーを受信する過程を有する、請求項２記載の方法。
【００７０】
（１６）音響タグが、キャビティを画定するシェルと、上記シェル内に収容された媒体とを有し、上記シェルおよび上記媒体が、第２の周波数で共振するように選択されかつ構成されている、実施態様（１５）記載の方法。
（１７）第１の信号を生成する過程が、対応する音響トランスデューサと音響タグとの間の距離を示すように第１の信号を生成する過程を有し、音響タグの座標を求める過程が、上記距離を三角測量して上記音響トランスデューサに対する上記音響タグの位置を求める過程を有する、請求項２記載の方法。
（１８）第２の信号を生成する過程が、音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成する過程と、上記電磁界に応答して上記音響トランスデューサに結合されたフィールドセンサーに流れる電流を検出する過程とを有し、上記第２の信号が、上記フィールドセンサーに流れる電流に対応する、請求項２記載の方法。
（１９）体に用いられる医療器具に器具位置センサーを固定する過程と、上記器具位置センサーを用いて電磁界に応答して第３の信号を生成する過程と、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求める過程とをさらに有する、実施態様（１８）記載の方法。
（２０）第２の信号を生成する過程が、音響トランスデューサに結合されたフィールド発生器を用いて電磁界を生成する過程と、基準としての外部フレームに固定されたフィールドレシーバーを用いて上記電磁界に応答して流れる電流を検出する過程とを有し、上記第２の信号が、上記フィールドレシーバーを流れる上記電流に対応する、請求項２記載の方法。
【００７１】
（２１）体に用いられる医療器具に器具位置センサーを固定する過程と、上記器具位置センサーを用いて基準としての外部フレーム内での上記医療器具の座標を示す第３の信号を生成する過程と、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求める過程とをさらに有する、請求項２記載の方法。
（２２）医療器具が組織に到達するように体内を穿通するように適合された侵襲的器具を有し、上記侵襲的器具の使用者が用いるために音響タグを通る軸に対する上記侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を表示する過程をさらに有する、実施態様（２１）記載の方法。
（２３）侵襲的器具がハンドルを有し、表示する過程が、上記ハンドルに視覚的表示を表示する過程を有する、実施態様（２２）記載の方法。
（２４）侵襲的器具を用いて組織に手術手技を行なう過程をさらに有する、実施態様（２２）記載の方法。
（２５）侵襲的器具を用いて組織に内視鏡検査を行なう過程をさらに有する、実施態様（２２）記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグの一部切り欠き模式図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に基づくプローブのディスプレイを用いて対象の乳房内の受動タグの位置へ誘導される手術プローブを示す模式図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を実施するための方法を模式的に示すフロー図である。
【図４】本発明の他の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグの一部切り欠き模式図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態に基づく受動タグの電気回路の模式図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図７】本発明の他の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。
【図９】本発明の好ましい実施の形態に基づく超音波反射タグの一部切り欠き模式図である。
【図１０】本発明の別の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図１１】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。
【図１２】本発明の好ましい実施の形態に基づく内視鏡のディスプレイを用いて対象の肺内の受動タグの位置へ誘導される内視鏡を示す模式図である。
【図１３】本発明の別の好ましい実施の形態に基づく対象の結腸内の受動タグの位置へ内視鏡を誘導するためのシステムの模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
２０ タグ
２２ ＲＦアンテナ
２４ キャパシタ
２６ 別の回路
２８ パッケージ
３０ 乳房
３２ 手術器具
３４ プローブ
３６ アンテナアセンブリ
３８ ディスプレイ
５４ タグ
５６ コイル
５８ 制御回路
６０ センサー
６２ 電圧−周波数変換器
６４ 位置検出コイル
６６ システム
６８ 電源コイル
７０ フィールド発生器コイル
７２ 処理ユニット
７４ ディスプレイ
７６ 手術器具
７８ 位置センサー
８０ システム
８１ タグ
８２ 超音波トランスミッター
８４ ユニット
８６ ディスプレイ
８８ 距離誘導器
９０ マーク
９２ 目標
９４ カーソル
１２０ タグ
１２２ シェル
１２４ 媒体
１２５ システム
１２６ トランスデューサ
１２８ センサーコイル
１５０ 肺
１５２ 患者
１５４ 結節
１５６ 気管支鏡
１５７ 医師
１５８ ハンドル
１６０ 結腸鏡
１６２ 結腸
１６４ ポリープ
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願が主張する優先権の基礎となる米国特許出願は、１９９９年３月１１日に出願された米国特許出願第０９／２６５，７１５号の一部継続出願である２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１０／０２９，５９５号の一部継続出願である。本出願が主張する優先権の基礎となる米国特許出願は、同日に出願された他の２つの米国特許出願「一体的な位置パッドおよび位置ディスプレイを備えた位置検出システム（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩｎｔｅｇｒａｌＬｏｃａｔｉｏｎＰａｄａｎｄＰｏｓｉｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）」および「位置検出およびディスプレイを備えた侵襲的な医療器具（ＩｎｖａｓｉｖｅＭｅｄｉｃａｌＤｅｖｉｃｅｗｉｔｈＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＤｉｓｐｌａｙ）」に関連する。これらの関連出願は全て参照文献として引用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、大まかに言ってヒトの体内の対象の位置を求めるためのシステムに関し、より詳しくは、誘導器具または医療手技で用いられるその他の器具でのそのようなシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
外科手術での誘導のために埋め込まれたマーカーまたはクリップを用いることは、当業者に知られている。例えば、胸部（乳房）の疑わしい病巣を特定するときに、放射線専門医は簡単な乳房撮影法（マンモグラフィー）で乳房の像を見ながら放射線不透過性のワイヤを病巣の位置に挿入してその位置にしるしをつける（その位置をマークする）。続いて生体組織採取検査（バイオプシー）が行なわれる場合には、外科医は挿入されたワイヤに追従して病巣の正確な位置を見つけ、乳房の正しい領域から組織を正確に除去する。現在では、放射線専門医は、乳房のバイオプシー全体の約４０％でこのような位置のマーキングを用いている。この注意深いアプローチは、誤った陰性のバイオプシーによる所見の発生を大きく減少し、全体的なバイオプシーの診断精度を向上させている。
【０００４】
そのような簡単なバイオプシーのマーカーの有用性が証明されているにもかかわらず、放射線専門医によって挿入されたワイヤに追従するのではなく、独立してバイオプシーの部位への通路を選択できることが外科医にとって望ましい。さらに、ワイヤに基づくマーカーは、肺のバイオプシーのようなその他の侵襲的な手技に対して、またはマーカーが長期間体内に残される用途に対しては適切ではない。したがって、手術および治療のために体内の目標の位置をマークするために無線エミッターまたは「タグ」を用いることが示唆されてきた。そのようなタグは、内部電源を含むのではなく、典型的には人体の外側から供給される外部のエネルギー場によって駆動される。次に、タグは超音波または電磁エネルギーを放射し、放射されたエネルギーが人体の外側のアンテナまたは他のセンサーによって検出される。検出された信号は、タグの位置座標を求めるのに用いられる。受動超音波リフレクターが、そのようなタグのひとつの簡単な例である。その他の受動タグは、電磁放射線を受信し、典型的には周波数および／または位相シフトされた電磁放射線を再放射する。超音波および電磁波の相互作用を組み合わせたハイブリッドタグも当業者には知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１（ブレアら（Ｂｌａｉｒｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、医療用スポンジまたは手術中に体腔内で用いられるその他の器具のような対象に取り付けられた医療的に不活性な検出タグに基づいて手術部位の望まれない対象を検出するための方法および装置を記載している。検出タグは、小型のフェライトロッドおよびコイルとキャパシタ要素とが埋め込まれたひとつの信号エミッターを収容している。代わりに、タグは一巻きのループワイヤおよびキャパシタ要素からなる柔軟な糸を含んでいてもよい。検出装置は、広帯域の伝送信号をパルス状に放射してタグの位置を求めるのに用いられる。タグは、広帯域の範囲内で予め決められていない唯一つの周波数で、広帯域の放射された伝送信号に応答してその伝送信号と共振する。戻り信号（タグが放射する信号）は、単一の周波数（しかし予め決められていない周波数）で周囲のノイズを上回って検出される強度で生成され、認識可能な検出信号が提供される。
【０００６】
特許文献２（ヒルシら（Ｈｉｒｓｃｈｉｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、体内に挿入されたチューブまたは他の対象の位置を検証するためのシステムを記載している。そのシステムは、人体の外側のハンドヘルドのＲＦトランスミッター／レシーバーによる刺激によって共振する対象に取り付けられた共振電気回路を組み込んでいる。共振電気回路の共振によって生成された電磁界はハンドヘルドの装置（ＲＦトランスミッター／レシーバー）によって検出されて、次にハンドヘルドの装置が一連のＬＥＤ（発光ダイオード）を点灯させて、使用者に目標への向きを表示する。別の視覚的なディスプレイが、ＲＦトランスミッター／レシーバーが直接対象の上にある場合を表示する。
【０００７】
特許文献３（ドロンら（Ｄｏｒｏｎｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、患者の体内からの空間的な位置を提供するための遠隔測定システムを記載している。そのシステムは、（ａ）人体の外側から受信された電力信号を電力に変換して遠隔測定ユニットに電力を供給するための第１のトランスデューサと、（ｂ）人体の外側から受信される位置決めフィールド信号を受信するための第２のトランスデューサと、（ｃ）位置決めフィールド信号に応答して人体の外側の部位に位置信号を伝送するための第３のトランスデューサとを有する埋め込み可能な遠隔測定ユニットを含んでいる。
【０００８】
特許文献４（アッカーら（Ａｃｋｅｒｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、例えば、両方のプローブに取り付けられたフィールドトランスデューサの間で非イオン化放射線を伝送することによって、一方のプローブのもう一方のプローブに対する相対的な位置を求めることにより、患者の体内で誘導されたカテーテルなどの医療用プローブを記載している。ある実施の形態では、部位プローブは体内の病巣に固着され、病巣を治療するための器具プローブはプローブ間の相対的な位置をモニタリングして病巣に向けて誘導される。２つ以上のプローブが医療手技を行なうために互いに調整されていてよい。
【０００９】
埋め込まれた装置に固定された受動センサーおよびトランスポンダーが、人体の外側のレシーバーにその他の診断情報を伝達するのに用いられてよい。例えば、特許文献５（ゴバリーら（Ｇｏｖａｒｉｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、対象の人体内の液体の流れを測定するように適合されたステントを記載している。そのステントは、人体に放射された電磁界からエネルギーを受け取って人体の外側のレシーバーへ圧力に関連した信号を伝送するためのトランスミッターへ電力を供給するコイルを収容している。ある実施の形態では、トランスミッターは、当業者に知られているように負性抵抗領域で動作するように適切にバイアスされたトンネルダイオード発振回路に基づいている。
【００１０】
他の例として、特許文献６（スピルマンら（Ｓｐｉｌｌｍａｎｅｔａｌ．）（本明細書で参照文献として引用される））は、外部の診断回路と通信する一体的な電気的受動検出回路を含む埋め込み装置を記載している。その検出回路は、誘導性要素を含み、検出されたパラメーターに関連して変化する周波数依存の可変インピーダンスの負荷を与える効果を診断回路に対して有する。
【文献１】
米国特許第６，０２６，８１８号明細書（第８〜９欄、第１図）
【文献２】
米国特許第５，３２５，８７３号明細書（第４〜６欄、第１図）
【文献３】
米国特許第６，２３９，７２４号明細書（第１１〜１４欄、第３図）
【文献４】
米国特許第６，３３２，０８９号明細書（第１６〜１７欄、第１２図）
【文献５】
米国特許第６，０５３，８７３号明細書（第１０欄、第２図）
【文献６】
米国特許第６，２０６，８３５号明細書（第４〜７欄、第３図）
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明のある側面の目的は、医療手技を誘導するための方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態では、無線タグが患者の体内に埋め込まれて、計画された診断または治療手技の位置をマークする（位置にしるしをつける）。その診断または治療手技の間に、治療される人体の領域には電磁放射線（典型的には無線周波数（ＲＦ）の放射線）または超音波放射線が照射され、タグがその位置を示すエネルギーを返す。タグから返されたエネルギーはレシーバーによって検出されて、タグに対する手術プローブなどの治療または診断装置の位置および姿勢（向き）が求められる。放射源および返されたエネルギーを検出するためのレシーバーは、治療または診断装置と一体形成されていても、ひとつまたは複数の別のユニット内に収容されていてもよい。後者の場合（別のユニット内に収容されている場合）、レシーバーが診断または治療装置から分離されているときは、レシーバーは好ましくは診断または治療装置の位置および姿勢を求めることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態では、タグは患者の体の外側の（複数の）トランスデューサによってタグに向けられた超音波を反射する超音波反射タグからなる。トランスデューサはタグから反射された超音波を受信し、各トランスデューサとタグの間の距離を示す対応する出力信号を生成する。典型的には電磁センサーである位置センサーが各トランスデューサと対応付けられていて、基準としての外部の固定フレーム内でのトランスデューサの座標を見出せるようにされている。トランスデューサの座標および出力信号が処理されて患者の体内でのタグの座標が見出される。この方法は、患者の体内での正確な位置座標を提供しながら、非常に小型、簡単、かつ廉価な超音波反射タグを用いることができるようにする。
【００１４】
代わりに、他のタイプの無線タグが本発明の目的のために用いられてもよい。好ましくは、タグは内部のエネルギー源を含まず、動作に必要な全てのエネルギーを照射された電磁放射線または超音波放射線から得るという点で、受動的である。例示的な受動タグは、２００１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１０／０２９，５９５号および同第１０／０２９，４７３号に記載されていて、これらの米国特許出願は、本出願の出願人に譲渡されていて、その開示内容は参照文献として本明細書で引用される。当業者に知られたその他のタイプのタグが用いられてもよい。
【００１５】
体内のタグに対する治療または診断装置の位置および姿勢は、治療を行なう医者がその装置を適切な位置に誘導するときに装置の位置および姿勢を使用するために、ディスプレイに表示される。好ましいくは、使用するのに好都合なように、ディスプレイは、誘導されるべき治療または診断装置と単一のユニットとして一体形成されていて、例えば治療または診断装置のハンドルに一体形成されている。代わりに、ディスプレイはタグから返されたエネルギーを検出するのに用いられる検出パッドと一体形成されていてもよい。必要に応じて、タグの位置を示すディスプレイは、体の領域のイメージをも形成または受信して、タグの位置および治療または診断装置の位置をそのイメージに重ね合わせる。
【００１６】
本発明の実施の形態に基づくシステムおよび方法は、乳房（胸部）、肺、および胃腸管などの軟組織に実施されるバイオプシーおよびその他の侵襲的な手技を誘導するのにとりわけ有用である。受動タグの埋め込みは、疑われる病巣の位置に最初に誘導するため、および同じ位置に後続の治療および追跡調査で戻るために誘導するための両方で用いられる。そのような誘導システムは、人体の外側の供給源からの強度の放射線を病巣の正確な位置に集束させるために、集束された放射線療法および超音波療法のような非侵襲的な治療に用いることもできる。その他の用途も当業者には明らかであろう。
【００１７】
したがって、本発明の好ましい実施の形態に基づけば、対象の体内の組織の位置を求めるための装置が提供され、その装置は、
組織に固定されるように構成され、かつ入射した音波に応答して音響エコーを返すように適合された音響タグと、
各々が、組織に向けて体内に音波を放射しかつ音波に応答してタグから返された音響エコーを受信するように対応する位置に配置されるように適合され、受信した音響エコーに応答して第１の信号を生成するように適合された、複数の音響トランスデューサと、
各々が、基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成するように対応する音響トランスデューサに結合された、複数のトランスデューサ位置センサーと、
第１の信号および第２の信号を処理して基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める処理ユニットとを有する。
【００１８】
好ましくは、タグには配線による接続が実質的にされていない。
【００１９】
さらに好ましくは、タグに入射する音波は第１の周波数を有し、タグによって返される音響エコーは第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する。好ましい実施の形態では、タグは、キャビティを画定するシェルと、シェルに収容された媒体とを有し、シェルおよび媒体は第２の周波数で共振するように選択され構成されている。
【００２０】
好ましくは、第１の信号は対応する音響トランスデューサとタグとの距離を示し、処理ユニットはその距離を三角測量することによって音響トランスデューサに対するタグの位置を求めるように適合されている。
【００２１】
さらにまたは代わりに、装置はひとつまたは複数のフィールド発生器を含み、そのフィールド発生器は、基準としての外部フレームに固定されていて、かつ音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成するように適合されていて、トランスデューサ位置センサーは、電磁界に応答して電流が流れるフィールドセンサーを含み、第２の信号はフィールドセンサーを流れる電流に対応する。好ましくは、装置は器具位置センサーを含み、その器具位置センサーは体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、電磁界に対応する第３の信号を生成するように適合されていて、処理ユニットは第３の信号を処理して音響タグに対する医療器具の座標を求めるようにさらに結合されている。好ましい実施の形態では、装置はディスプレイを含み、そのディスプレイは医療器具の操作者が用いるための音響タグに対する医療器具の座標の視覚的表示を提供するように適合さていて、ディスプレイおよびフィールド発生器コイルは一体的なパッケージ内に処理ユニットと共に収容されている。
【００２２】
他の実施の形態では、トランスデューサ位置センサーはフィールド発生器を含み、そのフィールド発生器は電磁界を生成するように適合されていて、装置はひとつまたは複数のフィールドレシーバーを含み、そのフィールドレシーバーは基準としての外部フレームに固定されていて、フィールドレシーバーコイルを流れる電流は第２の信号に対応し電磁界に応答する。
【００２３】
好ましくは、装置は器具位置センサーを含み、その器具位置センサーは体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ基準としての外部フレーム内での医療器具の座標を示す第３の信号を生成するように適合されていて、処理ユニットは音響タグに対する医療器具の座標を求めるように第３の信号を処理するようにも結合されている。典型的には、医療器具は侵襲的器具を含み、その侵襲的器具は組織に到達するように体内を穿通するように適合されていて、装置は侵襲的器具の操作者が用いるための音響タグを通過する軸に対する侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を提供するように適合されている。好ましい実施の形態では、侵襲的な器具ハンドルを含み、ディスプレイはハンドルに取り付けられている。好ましくは、侵襲的器具は組織に手術手技を行なうように適合されている。代わりにまたはさらに、侵襲的器具は内視鏡を含む。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態に基づけば、対象の体内の組織の位置を求める方法も提供され、その方法は、
組織に音響タグを固定する過程と、
体の近くの対応する位置に複数の音響トランスデューサを配置する過程と、
音響トランスデューサを駆動させて組織に向けて体内に音波を放射する過程と、
音波に応答してタグから返された音響エコーを受信し、受信された音響エコーに応答して第１の信号を生成する過程と、
各々が対応する音響トランスデューサに結合された複数のトランスデューサ位置センサーを用いて基準としての外部フレーム内での対応する音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成する過程と、
第１の信号および第２の信号を処理して、基準としての外部フレーム内での音響タグの座標を求める過程とを有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、患者の体内での正確な位置座標を提供しながら、非常に小型、簡単、かつ廉価な超音波反射タグを用いることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照した本発明の好ましい実施の形態についての以下の詳細な説明からより十分に理解される。
【００２７】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグ２０の一部切り欠き模式図である。ここで図示され説明されるタイプのタグ２０は、「ビーコン」とも呼ばれる。タグ２０はＲＦアンテナ２２を有し、ＲＦアンテナ２２は典型的にはコイルの形態を有し、キャパシタ２４および別の回路２６に接続されていて共振回路を形成している。コイル、キャパシタ、および回路は、密閉された生体適合性を有するパッケージ２８内に収容されていて、パッケージ２８は典型的にはプラスチックまたはその他の非導電性材料で作られている。図１に示された実施の形態では、パッケージ２８は基部を含んでいて、この基部はタグ２０を患者の軟組織の所望の位置に配置するために放射線専門医によって適切なインサーター器具（図示せず）を用いて把持される。
【００２８】
好ましくは、回路２６はｌｎ３７１２ダイオードのようなトンネルダイオード（図示せず）を有し、そのトンネルダイオードはアンテナ２２およびキャパシタ２４と共に当業者に知られたトンネルダイオード発振回路を形成している。例えば、アンテナは０．５ｍｍワイヤの小さいループによって形成されていて４０ｐＦのキャパシタに接続されている。トンネルダイオード発振回路の設計と無線トランスポンダーでのトンネルダイオード発振回路の使用についての詳細は、上述された米国特許第６，０５３，８７３号に記載されている。簡略に述べると、発振回路は外部で生成された電磁界によって第１の周波数（ｆ１）で励振されて、発振回路が応答フィールド（電磁界）を第２の周波数（ｆ２）で放射する。トンネルダイオードはこの目的にとりわけ適していて、その理由はトンネルダイオードのＩ−Ｖ特性曲線がダイオードが負性抵抗を示す部分すなわちダイオードに印加される電圧が減少するとダイオードを流れる電流が増加する部分を含み、発振回路が発振を起こすからである。発振周波数（ｆ２）は、トンネルダイオードの実効キャパシタンスによって発振回路の通常の共振周波数とは異なる値となる。典型的には、周波数ｆ２は励振周波数ｆ１とは約１０％から４０％までの範囲内で異なる。例えば、８８ＭＨｚの励振周波数ｆ１によって、１２０ＭＨｚの周波数ｆ２の応答電磁界が得られる。応答電磁界の強度および向きは、以下に説明されるように、タグ２０の位置に「帰巣する（ｈｏｍｅｉｎ）」ために用いられる。代わりに、その他のタイプの再放射発振器がこの目的のために用いられてもよい。
【００２９】
図２は、本発明の好ましい実施の形態に基づく患者の乳房内へのタグ２０の埋め込みと、タグ２０を手術器具３２の誘導に用いる様子を示した模式図である。典型的には、手術器具３２はプローブ３４からなり、例えばタグ２０によってマークされた位置で乳房３０から生検試料を切断して抽出するために用いられる。手術器具３２は、励振および検出回路に接続され手術器具３２内または別の処理ユニット（図示せず）内に収容されたアンテナアセンブリ３６を有する。アンテナアセンブリ３６は、タグ２０内の回路の励振周波数ｆ１でまたは励振周波数ｆ１に近い値の周波数でＲＦエネルギーを放射するように駆動される。この励振エネルギーによって、タグ２０が周波数ｆ２で応答電磁界を放射することになり、放射された応答電磁界はアンテナアセンブリ３６によって検出される。典型的には、アンテナアセンブリ３６は、プローブ３４の長手方向の軸の周りに間隔を置いて配置された２個以上のアンテナ（図示せず）を有する。周波数ｆ２で（複数の）アンテナによって検出される応答電磁界の強さの差は、タグ２０の位置に対するプローブの軸の不整合の向きおよび程度を示している。検出された応答電磁界に基づいて、手術器具３２のハンドルに設けられたディスプレイ３８は、外科医がプローブ３４をタグ２０の位置に正確に方向付けるように手引きする。（複数の）アンテナからの信号が等しくなったとき、プローブの軸がタグ２０に整合している。
【００３０】
図３は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ２０および手術器具３２を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示したフロー図である。タグ２０は、最初にステップ（埋め込みステップ）４０で放射線専門医によって乳房３０内に埋め込まれる。このステップは、典型的にはタグ２０を病巣内または病巣の近くに配置するために、疑わしい病巣の位置を決定するために乳房の像を写しながら実行される。次に、外科医がプローブ３４を乳房の近くに移す。ステップ（電力伝送ステップ）４２では、アンテナアセンブリ３６がプローブ３４の向きに沿ってＲＦ電磁界を乳房へ向けて伝送する。上述されたように、伝送される電磁界は、タグ２０内の発振回路の励振周波数または励振周波数に近い周波数である。ステップ（ビーコン伝送ステップ）４４では、発振回路で発生した発振によって、発振回路は応答電磁界またはビーコン信号を放射する。
【００３１】
アンテナアセンブリ３６は、ステップ（ビーコン受信ステップ）４６でビーコン信号を受信し、受信されたビーコン信号が処理されて、その強度特性と、必要に応じてその方向特性とが測定される。これらの特性は、ディスプレイを駆動するのに用いられて、外科医にプローブ３４がタグ２０に到達するためにはプローブ３４を乳房組織中でどのように方向付けるべきかを視覚的に指示する。ある実施の形態では、ディスプレイ３８は単に信号の強度のみを表示し、外科医は信号の強度が最小となるようにプローブ３４を方向付ける。他の実施の形態では、典型的には、上述されたようにアンテナアセンブリ３６内の複数のアンテナを用いて、方向信号を生成するように応答信号が処理される。アンテナの出力がアナログおよび／またはデジタル差動処理回路を用いて処理されて、ディスプレイ３８上のポインタまたはカーソルを駆動し、プローブ３４からタグ２０までの向きが表示される。必要に応じて、医療器具３２は、プローブ３４が乳房３０内の目標に正しく方向付けられているか否かを外科医に知らせるために、音または一連の音のような可聴表示をも提供してよい。
【００３２】
ステップ（ガイダンスステップ）４８では、外科医はディスプレイ３８によって提供された情報を用いてプローブ３４をタグ２０に向けて誘導する。ステップ（成功ステップ）５０で、プローブ３４の先端がタグ２０の位置に到達するまで、ステップ４２からステップ４８までが連続して繰り返される。プローブ３４の先端がタグ２０の位置まで成功裏に穿通したことは、さまざまな異なる方法で判定される。例えば、アンテナまたはその他のセンサーがプローブの先端の近くに組み込まれていて、プローブがタグに接触したときに信号を発生することによって判定される。代わりに、アンテナアセンブリ３６内の複数のアンテナの各々が、アンテナからタグの位置を指し示す対応する方向ベクトルを見出すために用いられてよい。これらのベクトルが交差する点がタグの位置を示している。したがって、アンテナアセンブリ３６からベクトルの交差する点までの距離がプローブ３４の既知の長さに等しくなったとき、プローブの先端がタグの位置に到達したと判定される。この時点で、ディスプレイ３８は好ましくは成功の表示を色の変化または可聴信号によって行う。次に、外科医はバイオプシーまたは保証されているその他の手技を完了することができる。タグ２０は、この手技の一部として外科的に除去されても、将来のアクセスのためにその位置に残されてもよい。
【００３３】
図４は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグ５４の一部切り欠き模式図である。タグ５４は、アンテナ２２に加えて、ひとつまたは複数の位置検出コイル５６を有する。外部のフィールド発生器によってコイル５６に電磁界を印加することにより、コイル５６に電流が流れる。電流の大きさは、これらのコイル５６のフィールド発生器に対する位置座標および姿勢（向き）座標を求めるのに用いられる（以下で図６に示される）。そのようなコイルを用いた侵襲的な装置の位置および姿勢を決定する方法の例は、ベン−ハイム（Ｂｅｎ―Ｈａｉｍ）による米国特許第５，３９１，１９９号、および１９９７年５月１４日に出願された米国特許出願第０８／７９３，３７１号（ベン−ハイムら（Ｂｅｎ―Ｈａｉｍｅｔａｌ．）による国際公開第９６／０５７６８号パンフレット）に記載されていて、これらの特許および特許出願は参照文献として引用される。３個の位置検出コイル５６はタグ５４の６次元の位置および姿勢座標を提供する。６次元情報の全てを必要とはしない用途では、ひとつの位置検出センサー５６で十分である。
【００３４】
コイル５６は制御回路５８に接続されていて、制御回路５８はコイル５６を流れる電流を感知して感知した電流をタグ５４の座標を求めるのに用いる。好ましくは、制御回路５８は、コイル５６を流れる電流の大きさが符号化された信号を生成して、その信号をアンテナ２２によって伝送する。その信号は外部の処理ユニットによって復号され処理されて、タグ５４の座標が求められる。必要に応じて、タグ５４はひとつまたは複数の別のセンサー６０をさらに有し、そのセンサー６０は体内のタグ５４が配置された部位の生理学上の変数（パラメータ）を測定する。そのようなセンサーの例として、温度センサー、圧力センサー、ｐＨセンサー、および、タグ５４が接触している組織の物理的および化学的特性を測定するその他のセンサーがある。制御回路５８は、それらのセンサーの測定値をも符号化し伝送する。
【００３５】
図５は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ５４の回路要素を示す電気的な模式図である。アンテナ２２は、好ましくは１ＭＨｚ以上の範囲の高周波信号を受信し伝送するように最適化されている。一方、コイル５６は好ましくは外部のフィールド発生器が生成する電磁界の周波数である１ｋＨｚから３ｋＨｚまでの範囲内の周波数で動作するように設計されている。代わりに、その他の範囲の周波数が用途の必要性に応じて用いられてよい。この実施の形態に基づけば、タグ５４は、典型的には実質的に２ｍｍから５ｍｍまでの範囲内の長さを有し、実質的に２ｍｍから３ｍｍまでの範囲内の外径を有する。このタイプのタグの別の側面は、上述された米国特許第１０／０２９，４７３号に記載されている。
【００３６】
タグ５４の位置を求めるために、さまざまな既知の位置および／または姿勢の複数のフィールド発生器によってタグ５４を収容する患者の体の領域に電界が印加される。好ましくは、フィールド発生器の各々の動作周波数は互いに異なる。制御回路５８は、コイル５６を流れるフィールド周波数が異なる電流を測定し、それらの測定値をアンテナ２２を介して伝送される高周波数信号に符号化する。代わりにまたはさらに、複数の異なるフィールド発生器が時間多重されて、各フィールド発生器が割り当てられたタイムスロットの間動作する。
【００３７】
図５に示された実施の形態では、制御回路５８は電圧−周波数（Ｖ／Ｆ）変換器６２を有し、その電圧−周波数変換器６２は、センサーコイルを流れる電流によって負荷の両端に生じた電圧に比例する周波数を有するＲＦ信号を生成する。好ましくは、制御回路５８によって生成されたＲＦ信号は、５０ＭＨｚから１５０ＭＨｚまでの範囲内のキャリア周波数を有する。このようにして生成されたＲＦ信号は、フィールド発生器によって生成された電磁界の各周波数で時間的に変化する複数の異なる周波数変調（ＦＭ）成分によって変調される。変調の振幅は、異なる周波数の電流成分に比例する。患者の体の外側のレシーバーは、ＲＦ信号を復調して電流成分の振幅を求めてタグ５４の座標を計算する。
【００３８】
代わりに、制御回路５８は、センサーコイル５６を流れる電流の振幅をデジタル化するサンプリング回路およびアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（図示せず）を有してもよい。その場合、制御回路５８は、デジタル的に変調された信号を生成し、その信号をアンテナ２２によって伝送するためにＲＦ変調する。この目的のために任意の適切なデジタル符号化および変調方法が用いられてよい。その他の信号処理および変調方法も当業者には明らかであろう。
【００３９】
図６は、本発明の好ましい実施の形態に基づく乳房３０内のタグ５４の位置に手術器具７６を誘導するためのシステム６６の模式図である。電源コイル６８は好ましくは２ＭＨｚから１０ＭＨｚまでの範囲内の高周波ＲＦ電磁界を生成する。この電磁界はアンテナ２２内に電流を流し、その電流が制御回路５８によって整流されて制御回路５８の内部回路に電力を供給するのに用いられる。一方、フィールド発生器コイル７０は好ましくは１ｋＨｚから３ｋＨｚまでの範囲内の周波数の電磁界を生成し、その電磁界が（ひとつまたは複数の）センサーコイル５６内に電流を流す。これらの電流は、フィールド発生器コイルを流れる駆動電流と同じ周波数の周波数成分を有する。電流成分は、センサーコイル５６の軸と平行な方向でフィールド発生器コイル７０によって生成された対応する磁界の成分の強度に比例する。したがって、電流の振幅は、固定されたフィールド発生器コイル７０に対するセンサーコイル５６の位置および姿勢を表している。
【００４０】
制御回路５８は、コイル５６からの電流の振幅をアンテナ２２を介して伝送される高周波信号に符号化する。代わりに、タグ５４は、例えば上述された米国特許第６，２３９，７２４号に記載されているようにＲＦ電力を受信するためのアンテナと、信号を伝送するためのアンテナを別々に有してもよい。符号化された信号はコイル６８または他の受信用アンテナによって受信されて、処理ユニット７２に伝達される。典型的には、処理ユニット７２は、適切な入力回路とタグ５４から空気を介して受信された位置信号を処理するためのソフトウエアとを備えた汎用コンピュータからなる。処理ユニットは、タグ５４の位置座標、および必要に応じて姿勢座標を計算し、タグの座標をディスプレイ７４に表示する。
【００４１】
手術器具７６は、位置センサー７８をも有し、位置センサー７８はタグ５４内のコイル５６と同じ形態および機能のひとつまたは複数のコイルを有する。フィールド発生器コイル７０によって生成される電磁界は、コイル７０に対する手術器具７６の位置および姿勢に応じてセンサー７８内にも電流を流す。生成された電流信号も、タグ５４の場合のように空気を介して、または有線で処理ユニット７２に伝送される。センサー７８が空気を介して信号を伝送する場合、タグ５４とは異なるキャリア周波数を使用して信号同士が容易に区別されるようにするのが好ましい。
【００４２】
タグ５４およびセンサー７８からの信号に基づいて、処理ユニット７２は、乳房３０内のタグ５４の位置に対する手術器具７６の位置および姿勢を計算する。ポインタおよび／またはカーソルがティスプレイ７４上に表示されて手術器具がその目標（タグ）に正しく向けられているか否かを外科医に示す。座標を表示するためのさまざまな方法がこの目的のために用いられてよく、例えば、３次元格子メッシュ、２次元格子メッシュ、２次元または３次元極座標表示、数値による座標表示、または当業者に知られた他の方法が用いられてよい。必要に応じて、タグおよび手術器具の位置がその測定された位置および姿勢を用いて、Ｘ線、ＣＴ、または超音波イメージなどの乳房３０のイメージと共に登録される。乳房３０のイメージがディスプレイ７４上に表示され、タグおよび手術器具の位置に対応するアイコンがイメージ上に重ね合わされる。イメージで誘導される手術に用いるのに有用な別の表示方法が上述された米国特許第６，３３２，０９８号に記載されている。
【００４３】
図７は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく乳房３０内のタグ８１の位置に手術器具を誘導するためのシステム８０の模式図である。この実施の形態では、タグ８１は、その動作電力を（コイル６８のように）電磁界からではなく、超音波トランスミッター８２によって生成された音響エネルギーから得る。この種のタグは、例えば、上述された米国特許出願第１０／０２９，５９５号に示されている。トランスミッター８２によって生成された音響エネルギーは、タグ８１内の圧電性結晶などの小型のトランスデューサを励振して、電気的エネルギーを生成する。生成された電気的エネルギーは上述されたコイル５６のようなタグ８１内のひとつまたは複数のコイル内に電流を流す。タグ８１内のコイルを流れる電流は、乳房３０の外側に電磁界を生成し、その電磁界はこの実施の形態ではコイル７０（この場合フィールド発生器としてではなくフィールド受信機として働く）によって受信される。供給された音響エネルギーの周波数と同じ周波数でコイル７０を流れる電流の振幅が測定されて、タグ８１の位置が求められる。
【００４４】
代わりに、タグ８１は、タグ内の（ひとつまたは複数の）センサーコイル５６がコイル７０によって生成されたフィールドを受信し，タグ内の回路がコイル５６の電流成分の振幅を表す信号を伝送するという点で、タグ５４と同じように動作してよい。しかし、図７の実施の形態では、タグ内の回路はコイル６８からの電力ではなくトランスミッター８２によって印加された音響エネルギーに応答してタグ８１内の圧電性結晶（または他のトランスデューサ）が生成した電気的エネルギーを整流することによって電力を得る。タグ８１は、信号を連続的ではなくパルス的に伝送してよく、キャパシタはパルスとパルスの間の期間内にタグ８１にエネルギーを蓄えるために用いられて伝送される信号が良好な信号／雑音比で体の外側で受信されるのに十分な電力を有するようにされてよい。
【００４５】
前述された実施の形態のように、センサー７８は手術器具７６の位置および姿勢を求めるために用いられる。センサー７８は、上述されたようにコイル７０によって生成されたフィールドを受信しても、コイル７０によって受信されるフィールドを生成するように駆動されてもよい。
【００４６】
タグ８１およびセンサー７８によって生成された位置信号は、組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４によって受信されて処理される。このユニット８４は、前述された実施の形態で用いられている別個の処理ユニット７２、コイル７０、およびディスプレイ７４に代わるものである。ユニット８４は、好ましくは、安定した移動可能な取り付け部（図示せず）によって保持されていて、外科医が乳房３０の近くでかつユニットのディスプレイ８６を見るのに好都合な位置にユニット８４を配置できるようにする。フィールド発生器コイル７０は、ユニット８４内に組込まれていて、タグ８１および手術器具７６のユニットに対する位置が求められる。コイル７０は切り欠きされて図示されているが、通常は非導電性のカバーで保護されたユニットのケース内に収容されている。重要なのはタグ８１および手術器具７６の絶対的な位置ではなく相対的な位置および姿勢なので、外科医は手術中に必要に応じてユニット８４を動かして、タグ８１およびセンサー７８からの信号が十分に強く、ディスプレイ８６を容易に見ることができ、ユニット８４自体が外科医の作業を妨げないようにすることができる。
【００４７】
ディスプレイ８６は好ましくは距離誘導器８８および姿勢目標９２を有する。距離誘導器８８のマーク９０は医療器具７６の先端がタグ８１の位置からどれだけ離れているかを示す。目標９２のカーソル９４はタグ８１の位置に到達するのに必要な軸に対する手術器具７６の姿勢を示す。カーソル９４が目標に位置合わせされたとき、手術器具７６がタグ８１に向けて方向付けられたことを意味する。ディスプレイ３８（図２）は、好ましくは同様の原則で動作する。
【００４８】
図８は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ８１および組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４を含むシステム８０を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。図６に示されたシステム６６の要素を用いて必要な変更を加えて同様な手技が実行される。図３を参照して説明されたように、手技は、ステップ（埋め込みステップ）１００で乳房３０内の目標の位置に適切なタグを埋め込むことによって開始される。タグは次に、ステップ（励振ステップ）１０２で乳房にトランスミッター８２を配置してトランスミッターを駆動して音響エネルギーを生成することによって励振される。代わりに、タグ５４が用いられる場合には、コイル６８が用いられてタグがＲＦ電力によって励振されてよい。
【００４９】
ステップ（伝送ステップ）１０４では、励振されたタグは位置信号をユニット８４に伝送する。同時にまたはタグが位置信号を伝送する代わりに、ステップ（手術器具伝送ステップ）１０６では、センサー７８も位置信号をユニット８４に伝送する。ステップ（座標決定ステップ）１０８では、ユニット８４（または図６の実施の形態の処理ユニット７２）は、位置信号を受信し手術器具７６およびタグ８１の相対座標を求める。求められた相対座標に基づいて医療器具７６のタグ８１に対する位置および姿勢が上述されたようにディスプレイ８６に表示される。
【００５０】
ステップ（プローブ誘導ステップ）１１０では、外科医はディスプレイ８６に表示された情報を用いて手術器具の先端をタグ８１の位置に誘導する。典型的な操作では、外科医は手術器具を選択された開始位置に保持し、目標９２を用いて手術器具をタグ８１に向けて方向付ける。次に外科医はカーソル９４を目標９２に中心合わせした状態に保ちながら手術器具を乳房３０内に前進させる。ステップ１０２からステップ１１０は、ステップ（成功ステップ）１１２でマーク９０が手術器具がタグ８１の位置に到達したことを示すまで連続して繰り返される。バイオプシーまたはその他の望まれる手技が次に実行される。
【００５１】
図９は、本発明の他の好ましい実施の形態に基づく超音波反射タグ１２０を示す一部切り欠き模式図である。本発明の目的に用いることのできるこの種のさまざまなタグが、上述された米国特許出願第１０／０２９，５９５号に示され説明されている。この実施の形態のタグ１２０は、球状のバブル（半球形のもの）の形態を有し、患者の体の外側の音響トランスデューサが生成した超音波に打たれるシェル１２２を有する。入射した超音波はタグに共鳴を起こし、タグは検出可能な超音波エコーを放射する。シェル１２２が（図示されているように）球状の場合、放射されたエコーは実質的に等方性であり、エコーを三角測量することによって体内の目標の位置を知ることができる。
【００５２】
好ましくは、シェル１２２は媒体１２４を収容していて、シェル１２２および媒体１２４が入射した超音波に対して非線形に振動して応答するように構成されている。患者の体の外側の音響発生器が放射した周波数ｆ１の超音波は、シェル１２２を打ち、シェルおよび／または収容された媒体にエネルギーを与える。次にシェル１２２は周波数ｆ１とは異なるその共振周波数ｆ２で超音波を放射する。共振周波数は、当業者に知られているように、シェルの半径、ヤング率、および厚みなどの変数によって決まる。好ましくは、強いエコーを生成するために、タグ１２０の設計変数および励振周波数ｆ１は、ｆ２がｆ１の倍数となるように選択される。
【００５３】
図１０は、本発明の好ましい実視の形態に基づく乳房３０内のタグ１２０の位置へ手術器具を誘導するためのシステム１２５の模式図である。この実施の形態も上述された組み合わされた位置パッドおよびディスプレイユニット８４を用いる。複数の超音波トランスデューサ１２６が乳房３０に取り付けられる。各トランスデューサ１２６は、順番に、周波数ｆ１のパルス状の超音波エネルギーを生成するように駆動されて、タグ１２０によって返された周波数ｆ２のエコー信号を検出する。代わりにまたはさらに、全てのトランスデューサ１２６が、ひとつのトランスデューサが生成した超音波パルスによる返されたエコーを検出してもよい。超音波パルスの発生からエコーの受信までの遅延時間が各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの距離を示している。代わりにまたはさらに、各トランスデューサ１２６によって受信されたエコー信号の電力が距離を求めるために用いられてもよい。
【００５４】
しかし、乳房３０内のタグ１２０の実際の位置を求めるためには、トランスデューサ１２６の位置を知る必要がある。この目的のために、センサーコイル１２８が各トランスデューサ１２６に取り付けられている。ユニット８４内のフィールド発生器コイル７０を励振することによりセンサーコイル１２８内に電流を流す。これらの電流の振幅は、上述されたように、フィールド発生器コイルに対するセンサーコイルの位置および姿勢に応じて変わる。ユニット８４は、センサーコイル１２８を流れる電流を分析してトランスデューサ１２６の位置座標を求める。求められた位置座標および各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの超音波の反射によって測定された距離に基づいて、ユニット８４は、固定された外部のフレームを基準としたタグの正確な位置を求めることができる。
【００５５】
ユニット８４に対する手術器具７６の位置座標および姿勢座標は上述されたようにセンサー７８を用いて求められ、手術器具からタグ１２０までの距離および向きも計算されて表示される。
【００５６】
システム１２５はタグ１２０の位置を見出すための２組の位置の測定値、すなわち、ユニット８４に対するトランスデューサ１２６の位置、および、トランスデューサ１２６に対するタグ１２０の位置を用いていることが分かる。このような追加された複雑さは前述された実施の形態には存在しない。一方、タグ２０、タグ５４、およびタグ８１と比較して、タグ１２０は非常に簡単で、製造コストが低く、必要に応じて非常に小型に製造できる。典型的には、タグ１２０は２ｍｍ未満の直径を有する。
【００５７】
図１１は、本発明の好ましい実施の形態に基づくタグ１２０を含むシステム１２５を用いて手術手技を行なうための方法を模式的に示したフロー図である。この実施の形態でも、ステップ（埋め込みステップ）１３０で放射線専門医によって乳房内の疑わしい病巣の部位にタグ１２０が埋め込まれることによって手技が開始される。好ましくは、この目的のために、シェル１２２の材料は標準的な画像化技術を用いて明瞭に見ることのできるものが選択される。次に、ステップ（トランスデューサ固定ステップ）１３２で、手術の準備として、トランスデューサ１２６がタグ１２０の位置の周囲の乳房３０の皮膚に固定される。
【００５８】
ステップ（ＲＦ配置ステップ）１３４では、手術器具７６およびトランスデューサ１２６の相対的な位置および姿勢を見出すために、フィールド発生器コイル７０が駆動されて、センサー７８およびセンサーコイル１２８を流れる電流が測定される。代わりに、この目的のために他の位置検出技術が用いられてもよい。例えば、ステップ１３４ては、手術器具７６およびトランスデューサ１２６の両方が患者の体の外側にあるので、光学的な検出技術が手術器具１２６およびトランスデューサ１２６の座標を見出すために用いられてもよい。超音波位置検出技術も同様に用いられてよい。
【００５９】
ステップ（エコー測定ステップ）１３６では、トランスデューサ１２６が駆動されて、タグ１２０からのエコーがトランスデューサ１２６によって受信されて測定される。エコーは上述されたように各トランスデューサ１２６からタグ１２０までの距離を求めるのに用いられる。ステップ１３４とステップ１３６の順番は逆にしてもよい。次に、ステップ（三角測量ステップ）１３８で、ユニット８４は必要な幾何学的計算および変換を実行してタグ１２０に対する手術器具７６の位置座標および姿勢座標を求める。ステップ（表示ステップ）１４０では、上述されたように、タグからの手術器具の距離およびタグへ直接向かう軸に対する手術器具の姿勢がディスプレイ８６に表示される。
【００６０】
ステップ（プローブ誘導ステップ）１４２では、外科医はディスプレイ８６に表示された情報を用いてタグ１２０の位置へ向けて手術器具７６の先端を誘導する。上述されたように、外科医はカーソル９４を目標９２の中心に保ちながら乳房３０内の手術器具を前進させる。ステップ（成功ステップ）１４４でマーク９０によって手術器具がタグ８１の位置に到達したことが示されるまでステップ１３４からステップ１４２までが連続して繰り返される。次に、バイオプシーまたはその他の望まれる手技が行われてよい。
【００６１】
上述された全ての実施の形態は乳房の手術に関して説明され、特に乳房のバイオプシーに関して説明されたが、これらの実施の形態で用いられた装置および方法は、他の体組織に対する他の手技および治療にも適合させることができる。例えば、上述されたタグは強度焦点放射線によって治療される体組織内に埋め込まれてよい。そのような技術は、典型的には、体内の組織またはその他の病巣のアブレーションに用いられる。この種の治療の用途では、放射線専門医は治療されるべき位置にタグを埋め込み、次に、治療のために用いられる放射線源がタグの位置に誘導される。即ち、図１０を再び参照すると、トランスデューサ１２６が強度焦点超音波（ＨＩＦＵ）治療に用いられるのに適したものである場合、ユニット８４によって生成された位置信号および表示を用いてトランスデューサ１２６はタグ１２０の位置に向けられ誘導される。
【００６２】
図１２は、本発明の好ましい実施の形態に基づく気管支鏡検査法でのタグ２０の使用を示す模式図である。タグ２０は、患者１５２の肺１５０内で実行された画像化手技の間に発見された疑わしい結節１５４に固定される。気管支鏡１５６が用いられて視診が行なわれ、可能ならば結節１５４が生体組織採取検査（バイオプシー）される。後の気管支鏡検査で追跡調査するために同じ結節の位置に容易に戻ることができることも好ましい。医師１５７は、ハンドル１５８を把持して操縦することにより気管支鏡１５６を操作する。気管支鏡１５６は図２に示された手術器具と同じ要素を有し、気管支鏡の先端にはアンテナアセンブリ３６（適切に適合され小型化されている）があり、ハンドル１５８にはディスプレイ３８がある。ディスプレイ３８を見ながら、医師１５７はステアリングノブ１６０を回して肺１５０の中に気管支鏡１５７を進めて結節１５４の位置に気管支鏡を到達させる。
【００６３】
この実施の形態は、図１に示されたタグ２０に基づくものであるが、その他のＲＦに基づく上述されたタグ（図４に示されたタグ５４など）をこの目的に用いてもよい。一方、超音波の利用に基づくタグは、典型的には肺に用いるためには満足のいくものではない。
【００６４】
図１３は、本発明の好ましい実施の形態に基づく結腸鏡検査手技へのタグ１２０の使用を示す模式図である。この例では、タグ１２０は患者の結腸１６２で発見されたポリープ１６４に固定される。超音波トランスデューサ１２６（図１３には示されていないが図１０に示されている）が患者の腹部に固定され、上述された方法でタグ１２０の位置を求めることができるようにされている。結腸鏡１６０は、結腸１６２内を進められ、その位置がセンサー７８によって追跡される。結腸鏡１６０の先端がタグ１２０の位置に到達すると、ユニット８４は結腸鏡１６０からタグ１２０までの距離および向きを表示する。必要に応じて、タグ１２０の位置を示すアイコンが、結腸鏡内の画像センサーによって形成され適切なビデオディスプレイ上に表示された結腸１６２の内部のビデオ画像に重ね合わされる。
【００６５】
上述された好ましい実施の形態は、特定の体器官での特定の医療および手術手技に関して説明されたが、本発明のタグ、補助器具、および方法をその他の領域に用いることも当業者には明らかである。本発明の原則は、最小侵襲的外科手術、内視鏡および非侵襲的治療および診断療法を含むその他のタイプの外科手術にも同様に用いることができる。
【００６６】
上述された好ましい実施の形態は例示として記載されたものであること、および本発明が上記の特定的に示され記載されたものに限定されないことが適切に理解される。むしろ、本発明の範囲は、上述されたさまざまな特徴、および上記の記載から当業者が思い浮かべることができかつ従来技術に開示されていない変形および変更の組み合わせおよび部分的な組み合わせの両方を含む。
【００６７】
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（１）音響タグへの配線による接続が実質的にない、請求項１記載の装置。
（２）音響タグに入射する音波が第１の周波数を有し、上記音響タグによって返される音響エコーが上記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する、請求項１記載の装置。
（３）音響タグが、キャビティを画定するシェルと、上記シェル内に収容された媒体とを有し、上記シェルおよび上記媒体が、第２の周波数で共振するように選択されかつ構成されている、実施態様（２）記載の装置。
（４）第１の信号が、対応する上記音響トランスデューサと上記音響タグとの間の距離を示し、処理ユニットが、上記距離を三角測量することによって上記音響トランスデューサに対する上記音響タグの位置を求めるように適合されている、請求項１記載の装置。
（５）基準としての外部フレームに固定され、かつ音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成するように適合されたひとつまたは複数のフィールド発生器をさらに有し、トランスデューサ位置センサーが、上記電磁界に応答して電流が流れるフィールドセンサーを有し、第２の信号が上記フィールドセンサーを流れる電流に対応する、請求項１記載の装置。
【００６８】
（６）体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ電磁界に応答して第３の信号を生成するように適合された器具位置センサーをさらに有し、処理ユニットが、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求めるようにも結合されている、実施態様（５）記載の装置。
（７）医療器具の使用者が用いるために音響タグに対する上記医療器具の座標の視覚的表示を提供するように適合されたディスプレイをさらに有し、上記ディスプレイおよびフィールド発生器コイルが一体的なパッケージ内に処理ユニットと共に収容されている、実施態様（６）記載の装置。
（８）トランスデューサ位置センサーが、電磁界を生成するように適合されたフィールド発生器を有し、基準としての外部フレームに取り付けられ、かつ上記電磁界に応答して第２の信号に対応する電流がそのコイルに流れるひとつまたは複数のフィールドレシーバーをさらに有する、請求項１記載の装置。
（９）体に用いられる医療器具に固定されるように構成され、かつ基準としての外部フレーム内での上記医療器具の座標を示す第３の信号を生成するように適合された器具位置センサーをさらに有し、処理ユニットが、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求めるようにも結合されている、請求項１記載の装置。
（１０）医療器具が組織に到達するように体内を穿通するように適合された侵襲的器具を有し、上記侵襲的器具の使用者が用いるために音響タグを通る軸に対する上記侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を提供するように適合されたディスプレイをさらに有する、実施態様（９）記載の装置。
【００６９】
（１１）侵襲的器具がハンドルを有し、ディスプレイが上記ハンドルに取り付けられている、実施態様（１０）記載の装置。
（１２）侵襲的器具が組織に手術手技を行なうように適合されている、実施態様（１０）記載の装置。
（１３）侵襲的器具が内視鏡を有する、実施態様（１０）記載の装置。
（１４）音響タグへの配線による接続が実質的にない、請求項２記載の方法。
（１５）体内に音波を放射する過程が、第１の周波数で音波を体内に放射する過程を有し、第１の信号を生成する過程が、上記第１の周波数とは異なる第２の周波数で音響タグから返された音響エコーを受信する過程を有する、請求項２記載の方法。
【００７０】
（１６）音響タグが、キャビティを画定するシェルと、上記シェル内に収容された媒体とを有し、上記シェルおよび上記媒体が、第２の周波数で共振するように選択されかつ構成されている、実施態様（１５）記載の方法。
（１７）第１の信号を生成する過程が、対応する音響トランスデューサと音響タグとの間の距離を示すように第１の信号を生成する過程を有し、音響タグの座標を求める過程が、上記距離を三角測量して上記音響トランスデューサに対する上記音響タグの位置を求める過程を有する、請求項２記載の方法。
（１８）第２の信号を生成する過程が、音響トランスデューサの近傍に電磁界を生成する過程と、上記電磁界に応答して上記音響トランスデューサに結合されたフィールドセンサーに流れる電流を検出する過程とを有し、上記第２の信号が、上記フィールドセンサーに流れる電流に対応する、請求項２記載の方法。
（１９）体に用いられる医療器具に器具位置センサーを固定する過程と、上記器具位置センサーを用いて電磁界に応答して第３の信号を生成する過程と、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求める過程とをさらに有する、実施態様（１８）記載の方法。
（２０）第２の信号を生成する過程が、音響トランスデューサに結合されたフィールド発生器を用いて電磁界を生成する過程と、基準としての外部フレームに固定されたフィールドレシーバーを用いて上記電磁界に応答して流れる電流を検出する過程とを有し、上記第２の信号が、上記フィールドレシーバーを流れる上記電流に対応する、請求項２記載の方法。
【００７１】
（２１）体に用いられる医療器具に器具位置センサーを固定する過程と、上記器具位置センサーを用いて基準としての外部フレーム内での上記医療器具の座標を示す第３の信号を生成する過程と、上記第３の信号を処理して音響タグに対する上記医療器具の座標を求める過程とをさらに有する、請求項２記載の方法。
（２２）医療器具が組織に到達するように体内を穿通するように適合された侵襲的器具を有し、上記侵襲的器具の使用者が用いるために音響タグを通る軸に対する上記侵襲的器具の姿勢の視覚的表示を表示する過程をさらに有する、実施態様（２１）記載の方法。
（２３）侵襲的器具がハンドルを有し、表示する過程が、上記ハンドルに視覚的表示を表示する過程を有する、実施態様（２２）記載の方法。
（２４）侵襲的器具を用いて組織に手術手技を行なう過程をさらに有する、実施態様（２２）記載の方法。
（２５）侵襲的器具を用いて組織に内視鏡検査を行なう過程をさらに有する、実施態様（２２）記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグの一部切り欠き模式図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態に基づくプローブのディスプレイを用いて対象の乳房内の受動タグの位置へ誘導される手術プローブを示す模式図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を実施するための方法を模式的に示すフロー図である。
【図４】本発明の他の好ましい実施の形態に基づく埋め込み可能な受動タグの一部切り欠き模式図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態に基づく受動タグの電気回路の模式図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図７】本発明の他の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。
【図９】本発明の好ましい実施の形態に基づく超音波反射タグの一部切り欠き模式図である。
【図１０】本発明の別の好ましい実施の形態に基づく対象の乳房内の受動タグの位置へ手術プローブを誘導するためのシステムの模式図である。
【図１１】本発明の好ましい実施の形態に基づく組織に埋め込まれたタグを用いて体組織に侵襲的な医療手技を行なうための方法を模式的に示すフロー図である。
【図１２】本発明の好ましい実施の形態に基づく内視鏡のディスプレイを用いて対象の肺内の受動タグの位置へ誘導される内視鏡を示す模式図である。
【図１３】本発明の別の好ましい実施の形態に基づく対象の結腸内の受動タグの位置へ内視鏡を誘導するためのシステムの模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
２０ タグ
２２ ＲＦアンテナ
２４ キャパシタ
２６ 別の回路
２８ パッケージ
３０ 乳房
３２ 手術器具
３４ プローブ
３６ アンテナアセンブリ
３８ ディスプレイ
５４ タグ
５６ コイル
５８ 制御回路
６０ センサー
６２ 電圧−周波数変換器
６４ 位置検出コイル
６６ システム
６８ 電源コイル
７０ フィールド発生器コイル
７２ 処理ユニット
７４ ディスプレイ
７６ 手術器具
７８ 位置センサー
８０ システム
８１ タグ
８２ 超音波トランスミッター
８４ ユニット
８６ ディスプレイ
８８ 距離誘導器
９０ マーク
９２ 目標
９４ カーソル
１２０ タグ
１２２ シェル
１２４ 媒体
１２５ システム
１２６ トランスデューサ
１２８ センサーコイル
１５０ 肺
１５２ 患者
１５４ 結節
１５６ 気管支鏡
１５７ 医師
１５８ ハンドル
１６０ 結腸鏡
１６２ 結腸
１６４ ポリープ
Claims (2)
- 対象の体内の組織の位置を求める装置であって、
上記組織に固定されるように構成され、かつ入射する音波に応答して音響エコーを返すように適合された音響タグと、
各々が、上記組織に向けて上記体内に音波を放射しかつ上記音波に応答して上記タグから返された上記音響エコーを受信するように適合され、受信した上記音響エコーに応答して第１の信号を生成するように適合された複数の音響トランスデューサと、
各々が、基準としての外部フレーム内での対応する上記音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成するように対応する上記音響トランスデューサに結合された複数のトランスデューサ位置センサーと、
上記第１の信号および上記第２の信号を処理して基準としての上記外部フレーム内での上記音響タグの座標を求めるように結合された処理ユニットと
を有する、組織の位置を求める装置。 - 対象の体内の組織の位置を求める方法であって、
上記組織に音響タグを固定する過程と、
上記体の近くの対応する位置に複数の音響トランスデューサを配置する過程と、
上記音響トランスデューサを駆動して上記組織に向けて上記体内に音波を放射する過程と、
上記音波に応答して上記音響タグから返された音響エコーを受信し、受信された上記音響エコーに応答して第１の信号を生成する過程と、
各々が、対応する上記音響トランスデューサに結合された複数のトランスデューサ位置センサーを用いて、基準としての外部フレーム内での対応する上記音響トランスデューサの位置を示す第２の信号を生成する過程と、
上記第１の信号および上記第２の信号を処理して基準としての上記外部フレーム内での上記音響タグの座標を求める過程と
を有する、組織の位置を求める方法。
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