JP2019513456A - リフレクタマーカ、及びそれを認識し位置を特定するシステムと方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、同時係属中の2016年4月6日に出願された暫定出願第62/319,225号、及び2017年3月21日に出願された第62/474,085号の利益を請求するものであり、これらの出願の全開示事項は、本明細書に引用により明確に組み込まれている。
本発明は、埋め込み可能なマーカ又はタグ、及びこのようなマーカを、例えば外科手術中又は腫瘍摘出手術などのその他の手術中に、患者の身体内で位置を特定するシステム及び方法に関する。
として規定される。
Claims (60)
- 患者の身体内の標的組織領域に導入するサイズのマーカにおいて:
セラミック基板と、
光源から受信した光パルスを変換して電圧を発生するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードに接続されて、そのエネルギィパルスが電圧を発生してスイッチを開閉させるスイッチと;
前記基板の表面に印刷され、前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと、を具え、
前記スイッチが開閉し得て、前記一又はそれ以上のアンテナによって反射された信号を変調して、前記信号の源に戻すように構成されていることを特徴とするマーカ。 - 患者の身体内の標的組織領域に導入するサイズのマーカにおいて:
セラミック基板と、
光源から受信した光パルスを変換して電圧を発生するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードに接続されて、そのエネルギィパルスが電圧を発生してスイッチを開閉させるスイッチと;
前記基板の表面上に装着され、前記スイッチに接続された一又はそれ以上のチップアンテナと、を具え、
前記スイッチが開閉し得て、前記一又はそれ以上のアンテナによって反射された信号を変調して、前記信号の源に戻すように構成されていることを特徴とするマーカ。 - 請求項1又は2に記載のマーカが更に、前記一又はそれ以上の感光ダイオード及び前記スイッチに接続されたプロセッサを具え、当該プロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードによって受信された光パルスを分析して、前記光パルスの第1の所定のビットコードを認識するように構成されており、当該プロセッサが、前記光パルスが前記第1の所定のビットコードを含んだ後にのみ前記スイッチを開閉させるように、前記一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧を前記スイッチに送達する、ことを特徴とするマーカ。
- 請求項3に記載のマーカにおいて、前記プロセッサが更に、前記一又はそれ以上の感光ダイオードによって受信された光パルスを分析し、光パルス内の第2の所定のビットコードを認識するように構成されており、前記プロセッサは、前記光パルスが第2の所定のビットコードを含んだ後は、前記一又はそれ以上の感光ダイオードから前記スイッチへの電圧送達を中断するように更に構成されていることを特徴とするマーカ。
- 請求項1又は2に記載のマーカが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードの上に配置したフィルタ又はコーティングを更に具え、前記フィルタ又はコーティングが、赤外光の所定のセグメントのみが前記一又はそれ以上の感光ダイオードに当たるようにすることを特徴とするマーカ。
- 請求項1又は2に記載のマーカにおいて、前記スイッチが、ドレイン、ソース、及びゲートを具える電界効果トランジスタを具えており、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記ドレイン及びソースにそれぞれ接続された1対のアンテナを具え、前記一又はそれ以上の感光ダイオードが、前記ゲートとソースとの間に接続されて、光源から受信した光パルスを変換して前記FETを開閉する電圧を生成して、アンテナの構成を変更する、ことを特徴とするマーカ。
- 請求項1又は2に記載のマーカにおいて、前記スイッチが、ドレイン、ソース、及びゲートを具える電界効果トランジスタを具えており、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記ドレインに接続された単一のアンテナを具え、前記一又はそれ以上の感光ダイオードが、前記ゲートとソースとの間に接続されて、光源から受信した光パルスを変換して前記FETを開閉する電圧を生成して、アンテナの構成を変更する、ことを特徴とするマーカ。
- 請求項7に記載のマーカが、更に、前記ドレインとソースに接続されたコンデンサを具えることを特徴とするマーカ。
- 患者の体内の標的組織領域に導入するマーカにおいて:
光源から受信した光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記スイッチを収納するハウジングと;を具え、
前記ハウジングが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードの上に配置したフィルタ又はコーティングを具え、当該フィルタ又はコーティングが、赤外光の所定のセグメントのみが前記一又はそれ以上の感光ダイオードに当たるようにすることを特徴とするマーカ。 - 請求項9に記載のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記ハウジング内の基板に設けられていることを特徴とするマーカ。
- 患者の身体内の標的組織領域に導入するマーカにおいて、
光源から受信した光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと、前記スイッチに接続されたプロセッサであって、前記一又はそれ以上の感光ダイオードによって受信された光パルスを分析して、前記光パルスの第1の所定のビットコードを認識するように構成されており、当該プロセッサが、前記光パルスが前記第1の所定のビットコードを含んだ後にのみ前記スイッチを開閉させるように、前記一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧を前記スイッチに送達し、前記スイッチが開閉して、前記一又はそれ以上のアンテナで反射した信号を変調して、前記信号の源に戻すことを特徴とするマーカ。 - 請求項11に記載のマーカにおいて、前記スイッチがドレイン、ソース、及びゲートを具える電界効果トランジスタ(FET)を具えており、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記ソースに接続された第1のアンテナと、前記ドレインに接続された第2のアンテナを具え、前記プロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記ゲートの間に接続されて、前記電圧を前記ゲートに送達して、前記FETを開閉させ、前記光パルス中に前記第1の所定のビットコードを認識した後にのみ前記アンテナの構成を変更する、ことを特徴とするマーカ。
- 請求項11に記載のマーカにおいて、前記スイッチがドレイン、ソース、及びゲートを具える電界効果トランジスタ(FET)を具えており、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記ソースに接続されたアンテナと、前記ソースとドレインに接続されたコンデンサを具え、前記プロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記ゲートの間に接続されて、前記電圧を前記ゲートに送達して、前記FETを開閉させ、前記光パルス中に前記第1の所定のビットコードを認識した後にのみ前記アンテナの構成を変更する、ことを特徴とするマーカ。
- 請求項1乃至13のいずれか1項に記載のマーカにおいて、前記一又はそれ以上の感光ダイオードが、互いに直交するように配置された複数のダイオードを具えることを特徴とするマーカ。
- 請求項1乃至14のいずれか1項に記載のマーカが更に、前記スイッチに接続された静電放電(ESD)保護デバイスを更に具え、静電放電事象に対する保護を提供しており、前記ESD保護デバイスが、前記FETのドレインとソースの間に接続されて、前記ドレインとソースの間に最大電圧を設定することを特徴とするマーカ。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載のマーカにおいて、前記基板が、所定の誘電率を有する材料、例えばセラミックから形成されることを特徴とするマーカ。
- 請求項1乃至16のいずれか1項に記載のマーカにおいて、前記基板が、前記スイッチが開閉しているときに所望のインピーダンス変更を提供するように構成されており、前記基板から反射されたレーダ信号における前記マーカの検出を強化するように構成されている、ことを特徴とするマーカ。
- 患者の身体内の標的組織領域に導入する複数のマーカにおいて、各マーカが:
光源から受信した光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと、前記スイッチに接続されたプロセッサと、を具え、
前記各マーカのプロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードによって受信された光パルスを分析して、前記光パルスの所定のビットコードを認識するように構成されており、当該プロセッサが、前記光パルスが前記所定のビットコードを含んだ後にのみ前記スイッチを開閉させるように、前記一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧を前記スイッチに送達し、前記スイッチが開閉して、前記一又はそれ以上のアンテナで反射した信号を変調して、前記信号の源に戻すように構成されており、
前記所定のビットコードが各マーカで異なることを特徴とするマーカ。 - 患者の身体内の標的組織領域に導入する複数のマーカにおいて、各マーカが:
光源から受信した光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記スイッチを収納するハウジングと;を具え、前記ハウジングが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードの上に配置したフィルタ又はコーティングを具え、当該フィルタ又はコーティングが、赤外光の所定のセグメントのみを前記一又はそれ以上の感光ダイオードに当て、
赤外光の前記所定のセグメントが、各マーカで異なることを特徴とするマーカ。 - 請求項18又は19に記載の複数のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが一のチップアンテナと、基板に印刷したアンテナとを具えることを特徴とするマーカ。
- 請求項18又は19に記載の複数のマーカにおいて、前記スイッチが電界効果トランジスタ(FET)又はショットキーダイオードを具えることを特徴とするマーカ。
- 請求項21に記載の複数のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記FET又はショットキーダイオードのそれぞれの端子に接続されている第1及び第2のアンテナを具えることを特徴とするマーカ。
- 請求項18又は19に記載の複数のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、基板から延在する一対の細長ワイヤを具えることを特徴とするマーカ。
- 請求項23に記載の複数のマーカにおいて、前記細長ワイヤが、ほぼ直線構造にバイアスされていることを特徴とするマーカ。
- 請求項23に記載の複数のマーカにおいて、前記細長ワイヤが、前記エネルギィコンバータと前記スイッチを収納するパッケージからほぼ反対方向に延在することを特徴とするマーカ。
- 請求項23に記載の複数のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記基板の表面に印刷されていることを特徴とするマーカ。
- 請求項23に記載の複数のマーカにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記基板に装着されたチップアンテナであることを特徴とするマーカ。
- 体内に埋め込まれた複数のマーカを検出及び/又は位置を特定するシステムにおいて:
レーダ信号を患者の身体にマーカに向けて送信し、前記マーカからの反射信号を受信する一又はそれ以上のアンテナと;
赤外光パルスを患者の体内に送り込んで前記マーカにその反射特性を変化させる光源と;
前記光源に接続されて前記光パルス内にビットコードを含めて、当該ビットコードに対応する個々のマーカを作動させる一又はそれ以上のプロセッサであって、更に、前記反射信号を処理して、前記一又はそれ以上のアンテナから前記作動させたマーカへの範囲を表わす出力を提供するプロセッサと;
を具えることを特徴とするシステム。 - 請求項28に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のプロセッサが、第1のマーカ又は前記複数のマーカを作動させる一方、残りのマーカは不作動のままにしておく第1のコードを前記光パルスに含むように構成され、前記一又はそれ以上のプロセッサが、前記反射信号を処理して、前記一又はそれ以上のアンテナから前記作動したマーカまでの範囲を表わす出力を提供することを特徴とするシステム。
- 請求項28に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のプロセッサが、個々のマーカを作動させる一方、前記残りのマーカを不作動のままにしておくビットコードを順次に含むように構成され、前記一又はそれ以上のプロセッサが、前記反射信号を処理して、前記一又はそれ以上のアンテナから前記作動した個々のマーカまでの範囲を表わす出力を提供することを特徴とするシステム。
- 請求項28に記載のシステムが更に、患者の体内の標的組織領域に導入する複数のマーカを具え、各マーカが:
光源から受け取った光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと;
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記スイッチに接続されたプロセッサと、を具え、
各マーカのプロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードによって受信された光パルスを分析して、当該光パルス中の所定のコードを認識し、前記プロセッサが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧を前記スイッチに送達して前記光パルスが前記所定のコードを含んだ後にのみ前記スイッチを開閉させ、前記スイッチが、前記一又はそれ以上のアンテナによって反射された信号を変調して前記信号の源に戻すように構成されており、前記所定のコードが各マーカについて異なる、ことを特徴とするシステム。 - 体内に埋め込まれた複数のマーカを検出及び/又は位置を特定するシステムにおいて:
レーダ信号を患者の身体にマーカに向けて送信し、前記マーカからの反射信号を受信する一又はそれ以上のアンテナと;
赤外光パルスを患者の体内に送り込んでマーカにその反射特性を変化させる光源であって、赤外光の所定のセグメントを送信するように構成された光源と;
前記光源に接続されて、前記光源を選択的に作動させ、前記所定のセグメントを送信して、当該所定のセグメントに対応する個々のマーカを作動させる一又はそれ以上の1つ以上のプロセッサと;を具え、
前記一又はそれ以上のプロセッサが、更に、前記反射信号を処理して、前記一又はそれ以上のアンテナから前記作動させたマーカまでの範囲を表わす出力を提供することを特徴とするシステム。 - 請求項32に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のプロセッサが、前記光源に異なる所定のセグメントを送信させて、個々のマーカを連続して作動させる一方、残りのマーカを不作動のままにしておくように構成されており、前記一又はそれ以上のプロセッサが、前記反射信号を処理して、前記一又はそれ以上のアンテナから前記作動している個々のマーカまでの範囲を表わす出力を提供することを特徴とするシステム。
- 請求項32に記載のシステムが更に、患者の体内の標的組織領域に導入する複数のマーカを具え、各マーカが:
光源から受け取った光パルスを変換して電圧を生成するように構成された一又はそれ以上の感光ダイオードと、
スイッチと;
前記スイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと;
前記一又はそれ以上の感光ダイオードと前記スイッチを収納するハウジングと;を具え、
前記ハウジングが、前記一又はそれ以上の感光ダイオードの上に配置したフィルタ又はコーティングを具え、前記フィルタ又はコーティングは、赤外光の所定のセグメントのみを前記一又はそれ以上の感光ダイオードに当てるだけであり、赤外光の当該所定のセグメントが、マーカごとに異なることを特徴とするシステム。 - 請求項28乃至34のいずれか1項に記載のシステムが更に、前記一又はそれ以上のプロセッサに接続され、前記範囲に対応する出力をユーザに提供する出力デバイスを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項35に記載のシステムにおいて、前記出力装置が、スピーカ及びディスプレイのうちの一つであることを特徴とするシステム。
- 体内のマーカを検出及び/又は位置を特定するシステムにおいて、
請求項1乃至17のいずれか1項に記載のマーカと;
体内へ前記マーカに向けて送信信号を送信するように構成された送信アンテナと、マーカから反射される受信信号を受信するように構成された受信アンテナと、を具えるプローブであって、前記受信アンテナが前記プローブの先端に収容されており、前記体内へ光パルスを送達して前記スイッチを開閉し、前記マーカで反射された信号を変調して前記受信アンテナに戻す光源と、
前記受信アンテナに接続され、前記マーカで反射された変調信号に少なくとも部分的に基づいて、前記体内で前記マーカの位置を特定するプロセッサと、
前記プローブの先端から前記マーカまでの距離を表わす情報を提示するディスプレイと、を具えることを特徴とするシステム。 - 請求項37に記載のシステムにおいて、前記送信アンテナがボウタイアンテナ素子であり、前記受信アンテナがボウタイアンテナ素子であり、前記送信アンテナと前記受信アンテナが共にマルタクロスアンテナを形成することを特徴とするシステム。
- 請求項37に記載のシステムが更に、前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの先端に取り付けた、インピーダンス整合用のセラミック素子を具えることを特徴とするシステム。
- 患者の体内の標的組織領域内にマーカを位置を特定するシステムにおいて:
患者の体内に前記マーカにむけてレーダ信号を送信し、前記マーカからの反射信号を受信する一又はそれ以上のアンテナと、前記患者の体内に赤外光パルスを送達して前記マーカにその反射特性を変化させる光源とを具えるプローブと;
実質的に連続波を生成する信号発生器と、
前記信号発生器に接続され、前記波を第1及び第2の信号に分割する分割器であって、前記第1の信号が一又はそれ以上のアンテナに送達され、実質的に連続した送信信号を送信する分割器と、
前記分割器に接続されて前記第2の信号を受信し、前記一又はそれ以上のアンテナに接続されて前記反射信号を受信する混合器であって、前記第2の信号と前記反射信号とを混合して、光パルスによって生じる反射信号の振幅と位相の変調に関連する成分を具え、前記マーカの反射特性を変化させるIF信号を生成する混合器と;
前記混合器に接続され、前記IF信号を処理して、前記光源によって送達された光パルスに同期した振幅と位相の前記変調に少なくとも部分的に基づいて、前記一又はそれ以上のアンテナから前記マーカへの範囲を表わす出力を提供する同期変調検出器を具えるプロセッサと;
を具えることを特徴とするシステム。 - 請求項40に記載のシステムが更に、前記プロセッサに接続され、前記範囲に対応する出力をユーザに提供する出力デバイスを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項41に記載のシステムにおいて、前記出力デバイスが、スピーカ及びディスプレイのうちの少なくとも1つを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項40に記載のシステムが更に、前記電力分割器からの第1の信号を増幅して、前記一又はそれ以上のアンテナによって送信される送信信号を生成する第1の増幅器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項43に記載のシステムが更に、前記一又はそれ以上のアンテナと前記混合器との間に接続され、前記混合器に送達される反射信号を増幅する第2の増幅器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項40に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記電力分割器に接続され、前記第1の信号を受信して前記送信信号を送信する送信アンテナと、前記混合器に接続され前記反射信号を受信する受信アンテナとを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項40に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、送信/受信アンテナと、前記信号生成器に接続され、前記第1の信号を前記送信/受信アンテナに送達するとともに、前記混合器に接続され、前記送信/受信アンテナから前記混合器へリターン信号を送達するサーキュレータ回路と、を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項40に記載のシステムが更に、前記混合器に接続されて、前記混合器から前記プロセッサに送達された前記IF信号をフィルタリングして増幅する一又はそれ以上のフィルタ及び増幅器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項47に記載のシステムが更に、前記同期変調検出器によって処理される前に、前記混合器からの前記IF信号をデジタル化するアナログ/デジタル変換器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項40に記載のシステムにおいて、前記混合器が、前記波に対応するリターン信号から高周波成分を除去して前記IF信号を生成するように構成されていることを特徴とするシステム。
- 患者の体内の標的組織領域内にマーカを位置を特定するシステムにおいて:
患者の体内にマーカに向けてレーダ信号を送信し、マーカからの反射信号を受信する一又はそれ以上のアンテナと、赤外光パルスを前記患者の体内に送達して前記マーカにその反射特性を変化させる光源と、を具えるプローブと;
実質的に連続波を生成する信号発生器と、
前記信号発生器に接続され、前記波を第1及び第2の信号に分割する分割器であって、前記第1の信号が前記一又はそれ以上のアンテナに送達されて実質的に連続した送信信号を送信する分割器と;
前記分割器に接続され、前記第2信号を受信して当該第2信号と位相が異なるレプリカ信号を生成する位相スプリッタと;
前記位相スプリッタに接続されて前記第2の信号及び前記レプリカ信号をそれぞれ受信するとともに、前記一又はそれ以上のアンテナに接続されて前記反射信号を受信し、前記第1の混合器が前記第2の信号と前記反射信号を混合し、前記第2の混合器が前記レプリカ信号と前記反射信号を混合して、マーカの反射特性を変化させる光パルスによって生じる前記反射信号の振幅と位相の変調に関連する成分を含むIF信号を生成する、第1及び第2の混合器と;
前記混合器に接続されたプロセッサであって、前記IF信号を処理して、前記光源によって送達された光パルスと同期する振幅と位相の変調に少なくとも部分的に基づいて、前記一又はそれ以上のアンテナから前記マーカへの範囲を表わす出力を提供する同期変調検出器を具えるプロセッサと;
を具えることを特徴とするシステム。 - 請求項50に記載のシステムにおいて、前記第1及び第2の混合器が、前記波に対応するリターン信号から高周波成分を除去して前記IF信号を生成するように構成されていることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムが更に、前記混合器及び前記プロセッサに接続された一又はそれ以上のフィルタ及び増幅器を具え、前記混合器から前記プロセッサに送達されたIF信号をフィルタリングして増幅することを特徴とするシステム。
- 請求項52に記載のシステムが更に、前記同期変調検出器によって処理される前に、前記混合器からのIF信号を同時にデジタル化するアナログ/デジタル変換器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムが更に、前記プロセッサに接続された出力デバイスを具え、前記範囲に対応する出力をユーザに提供することを特徴とするシステム。
- 請求項54に記載のシステムにおいて、前記出力装置が、スピーカ及びディスプレイのうちの少なくとも一つを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムが更に、前記電力分割器からの前記第1の信号を増幅して、前記一又はそれ以上のアンテナによって送信された前記送信信号を生成する第1の増幅器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項56に記載のシステムが更に、前記一又はそれ以上のアンテナと前記混合器との間に接続され、前記混合器に送達される反射信号を増幅する第2の増幅器を具えることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、前記電力分割器に接続され、前記第1の信号を受信して前記送信信号を送信する送信アンテナと、前記混合器に接続され、前記反射信号を受信する受信アンテナとを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムにおいて、前記一又はそれ以上のアンテナが、送信/受信アンテナと、前記信号発生器に接続され、前記第1の信号を当該送信/受信アンテナに送り、前記混合器に接続されて送信/受信アンテナからのリターン信号を前記混合器に送達するサーキュレータ回路とを具えることを特徴とするシステム。
- 請求項50に記載のシステムにおいて、前記プロセッサが、前記IF信号を処理して、a)最初に、前記リターン信号における振幅の変調に基づいて前記マーカを認識し、b)前記マーカを認識した後、前記リターン信号の振幅と位相の変調に基づいて、前記プローブからマーカまでの距離を推定する、ように構成されていることを特徴とするシステム。
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