(57)【要約】  ２つ以上の磁気センサを含む検出装置によって位置および向きが測定または検出される磁気シードを使用して、腫瘍などの解剖学的関心領域の位置および範囲をマーキングするためのシステムおよび方法が開示される。１つ以上の磁気シードが解剖学的関心領域の中心および範囲をマークおよび画定するために埋め込まれ、磁気センサベースの検出システムが磁気シードの位置を正確に特定するために使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を生じさせる磁気シードを位置特定するための磁気検出システムであって、
遠位端から近位端まで中心軸に沿って延びたハウジング、前記ハウジングの前記近位端に配置された第１磁気センサ、および前記ハウジングの前記遠位端に配置された第２磁気センサを含む検出プローブであって、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが、磁気シードが生じさせた磁場を検出し、それに応答して前記磁場を表す信号データを生成するものと、
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサと通信し、そこから前記信号データを受信し、前記信号データを処理して前記磁気シードの位置を計算するプロセッサであって、前記信号データの処理が、前記磁気シードが生じさせた前記磁場の異方性幾何学形状を考慮することを含むものと、
前記プロセッサと通信し、前記磁気シードの計算された位置に基づいてユーザにフィードバックを提供する出力部と、
を備えたことを特徴とする磁気検出システム。
【請求項２】
前記第１磁気センサまたは前記第２磁気センサの少なくとも１つが、前記ハウジングの前記中心軸からオフセットされるように前記ハウジング内に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項３】
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが、前記中心軸と同軸的ではない、
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気検出システム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの間の既知の空間的関係と、地球の磁場とに基づいて、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサを互いに独立して較正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項５】
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの較正において、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサから前記プロセッサが受信した前記信号データにおける前記地球の磁場の影響を減算する、
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気検出システム。
【請求項６】
前記プロセッサと通信するメモリをさらに備え、
前記プロセッサおよび前記メモリは、前記検出プローブの前記ハウジング内に収容され、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの較正において、前記メモリに格納される較正データを生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気検出システム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記磁気シードの前記検出プローブからの距離を推定する際に、前記磁気シードの物理モデルを使用することによって、前記磁気シードが生じさせた前記磁場の異方性幾何学形状を考慮する、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項８】
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの少なくとも１つが、磁気計である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項９】
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの少なくとも１つが、磁気計のアレイを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１０】
前記磁気計のアレイは、観察窓を規定し、前記プロセッサは、前記観察窓によって規定されるボリューム内に前記磁気シードが位置する場合に限って前記磁気シードの位置を計算する、
ことを特徴とする請求項９に記載の磁気検出システム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記磁気シードの位置についての誤差を計算し、前記出力部は、前記誤差の表示を前記ユーザに提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１２】
前記出力部は、前記ユーザに視覚的フィードバックまたは聴覚的フィードバックの少なくとも１つを提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１３】
前記出力部は、前記ユーザに視覚的フィードバックを提供し、前記視覚的フィードバックは、前記検出プローブに対する前記磁気シードの位置に関する１つ以上の数値を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気検出システム。
【請求項１４】
前記出力部は、前記ユーザに視覚的フィードバックを提供し、前記視覚的フィードバックは、前記磁気シードの位置を表す表示要素を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の磁気検出システム。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記検出プローブと通信するコンピュータシステムまたは前記検出プローブの前記ハウジング内に収容されたプロセッサの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１６】
前記出力部は、ディスプレイを含み、前記プロセッサは、前記磁気シードが位置する解剖学的領域を描写する診断画像を読み出し、前記診断画像を前記ディスプレイに提供してユーザに表示するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１７】
前記ハウジングの前記遠位端に結合された取り外し可能な先端部をさらに含み、
前記第２磁気センサは、前記取り外し可能な先端部内に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出システム。
【請求項１８】
前記第２磁気センサは、複数の磁気センサを含む、
ことを特徴とする請求項１７に記載の磁気検出システム。
【請求項１９】
埋め込み可能な磁気シードを位置特定するためのキットであって、
導入装置と、
検出プローブと、
プロセッサと、
出力部と、
を備え、
前記導入装置は、非磁性材料からなる針であって、前記針の遠位端から近位端まで延びた管腔を有し、前記管腔が被験者に埋め込む磁気シードを受け入れるような大きさとされたものと、非磁性材料から構成されるとともに、前記針の前記管腔内に配置されたプランジャであって、前記針の前記管腔に受け入れられるような大きさおよび形状とされ、前記管腔の長さ方向に沿って平行移動するときに、空気が当該プランジャを通過して流れることを可能にして前記管腔内に真空効果を生じさせないようにするものとを含み、
前記検出プローブは、遠位端から近位端まで中心軸に沿って延びたハウジングと、前記ハウジングの前記近位端に配置された第１磁気センサと、前記ハウジングの前記遠位端に配置された第２磁気センサとを含み、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが、前記磁気シードが生じさせた磁場を検出し、それに応答して前記磁場を表す信号データを生成するようになっており、
前記プロセッサは、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサと通信し、そこから前記信号データを受信し、前記信号データを処理して前記磁気シードの位置を計算するものであって、前記信号データの処理が、前記磁気シードが生じさせた前記磁場の異方性幾何学形状を考慮することを含み、
前記出力部は、前記磁気シードの計算された位置に基づいてユーザにフィードバックを提供する、
ことを特徴とするキット。
【請求項２０】
前記プランジャは、前記針の前記管腔の内径よりも小さい外径を有する大きさとされ、前記管腔の長さ方向に沿って平行移動するときに、空気が当該プランジャを通過して流れることを可能にして前記管腔に真空効果を生じさせないようにする、
ことを特徴とする請求項１９に記載のキット。
【請求項２１】
前記プランジャは、前記針の前記管腔の内面に接触する外径を有する大きさとされ、少なくとも１つの穴が形成され、前記管腔の長さ方向に沿って平行移動するときに、前記少なくとも１つの穴を介して空気が当該プランジャを通過して流れることを可能にして前記管腔に真空効果を生じさせないようにする、
ことを特徴とする請求項１９に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年９月９日に出願された、その全体が参照により本明細書に組み込まれている「磁気的な潜在的病変の位置特定と画像化のためのシステムおよび方法」と題する米国仮特許出願第６２／３８５，９４５号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
現代の乳がんマネジメントでは、乳がん患者の７０％以上が乳房温存療法に適格であり、乳房温存療法を選択している。スクリーニングによる早期発見とアジュバント療法の改善との組み合わせは、全生存率の改善につながっている。しかしながら、治療プロセス中の患者の経験および治療効率は、劇的な改善を必要としている。
【０００３】
乳房温存手術は、典型的には腫瘍および周囲の正常組織の縁が除去される外科的手順を含んでいる。現在、触診不可能な病変の正確な切除を誘導するための選択肢は、患者の経験、医療システム資源の利用、および費用効果の点で満足のいくものではない。乳房温存手術のガイダンスに使用される主な２つのアプローチは、ワイヤ局所乳房生検（ＷＬＢＢ）および放射性シード位置特定（ＲＳＬ）である。
【０００４】
ＷＬＢＢは、手術当日に、マンモグラフィまたは超音波ガイダンス下でフック付きワイヤを埋め込み、病変の中心および／または境界をマーキングすることを伴う。患者は、最小限の麻酔で、ワイヤが乳房から突き出た状態で数時間にわたって病院に留まる必要がある。これは、患者にとって痛みを伴うだけでなく、患者が切除を待っているときにワイヤが外れることもある。さらに、ワイヤがマンモグラフィ圧迫下で埋め込まれる場合、ワイヤの位置決めは、仰臥位の外科用配向にほとんど対応せず、その軌道はしばしば、美容にとって最善ではない外科用切開配置を必要とする。ワイヤの経路はしばしば、必要以上に多くの組織の切除をもたらす。
【０００５】
ＲＳＬは、腫瘍の中心および／または境界をマーキングするために放射性シードを使用するもので、近年、ＷＬＢＢの代替アプローチとして採用されるようになってきている。埋め込まれたシードは、乳房内に完全に収容され、それによって病変に対する移動を防止する。外科医は、手持ち式のガンマ線検出器を使用して、シードを位置特定し、切除を誘導する。これによりＷＬＢＢに関する患者の自由な動きと快適性についての問題の多くが対処されるが、この技法の主な障害は、埋め込まれたシードが放射性であり、したがって、装置を取り扱うためのかなりの投資および警戒、規制認可および監視、専門の人員および訓練、ならびに管理経費を必要とすることである。また、このプロセスは、職員および患者の放射線被曝のわずかな増加を招く。
【０００６】
したがって、乳房温存手術、ならびに他の外科的切除および処置を誘導するためのシステムおよび方法であって、従来よりも非侵襲的で、かつ非放射的に病変または腫瘍を位置特定するシステムおよび方法の必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、磁場を生じさせる磁気シードを位置特定するための磁気検出システムを提供する。検出システムは、一般に、検出プローブ、プロセッサ、および出力部を含む。検出プローブは、遠位端から近位端まで中心軸に沿って延びたハウジングと、ハウジングの近位端に配置された第１磁気センサと、ハウジングの遠位端に配置された第２磁気センサとを含むことができる。第１磁気センサおよび第２磁気センサは、磁気シードが生じさせた磁場を検出し、それに応答してその磁場を表す信号データを生成する。プロセッサは、第１磁気センサおよび第２磁気センサと通信して、そこから信号データを受信し、信号データを処理して磁気シードの位置を計算することができる。信号データの処理は、磁気シードが生じさせた磁場の異方性幾何学形状を考慮することを含む。出力部は、磁気シードの計算された位置に基づいてユーザにフィードバックを提供する。
【０００８】
また、本開示は、埋め込み可能な磁気シードの位置特定のためのキットを提供する。このキットは、一般に、導入装置、検出プローブ、プロセッサ、および出力部を含む。導入装置は、針およびプランジャを含む。針は、非磁性材料から構成され、針の遠位端から近位端まで延びる管腔を有する。針の管腔は、被験者に埋め込む磁気シードを受け入れ可能な大きさとされる。また、プランジャは、非磁性材料から構成され、針の管腔内に配置される。プランジャは、管腔の長さ方向に沿って平行移動するときに、空気がプランジャを通過して流れることを可能とし、それにより管腔に真空効果を生じさせないように、針の管腔に受け入れられる大きさとされる。検出プローブは、遠位端から近位端まで中心軸に沿って延びるハウジングと、ハウジングの近位端に配置された第１磁気センサと、ハウジングの遠位端に配置された第２磁気センサとを含む。第１磁気センサおよび第２磁気センサは、磁気シードが生じさせた磁場を検出し、それに応答してその磁場を表す信号データを生成する。プロセッサは、第１磁気センサおよび第２磁気センサと通信して、そこから信号データを受信し、信号データを処理して磁気シードの位置を計算する。信号データの処理は、磁気シードの異方性ジオメトリを考慮することを含む。出力部は、磁気シードの計算された位置に基づいてユーザにフィードバックを提供する。
【０００９】
本開示の前述の態様、他の態様および利点は、以下の説明から明らかになるのであろう。本説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、好ましい実施形態が例示として示される。しかしながら、この実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を表すわけではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するために特許請求の範囲および本明細書を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、磁気的な潜在的病変の位置特定および画像化（ＭＯＬＬＩ）システムの一例のブロック図である。
【００１１】
図２は、本開示のＭＯＬＬＩシステムで位置特定される磁気シードの一例である。
【００１２】
図３は、磁性材料コアを覆う生体適合性コーティングを示す磁気シードの一例である。
【００１３】
図４は、異方性磁気ベクトル場を生じさせる磁気シードの磁気ベクトル場図の一例である。
【００１４】
図５は、異方性磁束密度分布を有する異方性磁場を生じさせる磁気シードの磁束密度図の一例である。
【００１５】
図６は、被験者に埋め込まれた磁気シードを検出するための検出プローブの断面図の一例である。
【００１６】
図７は、図６に示す検出プローブの遠位端の切断図の一例である。
【００１７】
図８は、図６に示す検出プローブの近位端の切断図の一例である。
【００１８】
図９は、その遠位端に磁気センサのアレイを有し、その近位端に単一の磁気センサを有する検出プローブの一例である。
【００１９】
図１０は、磁気シードを被験者に埋め込むための導入装置の一例である。
【００２０】
図１１は、図９に示す導入装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書では、２つ以上の磁気センサを含む検出装置を用いて位置および向きが測定または他の方法で検出される磁気シードを用いて、腫瘍などの解剖学的関心領域の位置および範囲をマーキングするシステムおよび方法について説明する。本明細書で説明されるシステムは、一般に、腫瘍などの解剖学的関心領域の中心、境界、またはその両方をマーキングするために被験者に埋め込まれる磁気シードを含む。応用の一例では、磁気シードが乳房腫瘍の境界をマーキングするために埋め込まれるが、他の臨床への応用が可能であることは当業者に明らかであろう。
【００２２】
本開示のシステムおよび方法によれば、１つ以上の非放射性の磁気シードが埋め込まれ、腫瘍または他の病変などの解剖学的関心領域の中心および範囲をマーキングおよび規定することができる。磁気センサベースの検出システムを使用して、臨床医（例えば、外科医）は、任意の切開の前に磁気シードの位置を正確に特定することができる。乳房腫瘍の位置をマーキングするために用いる場合、臨床医は、最適な腫瘍学的転帰を保証しながら、最良の達成可能な美容的結果をもたらす手術を計画することができる。
【００２３】
図１に、磁気的な潜在病変の位置特定および画像化（ＭＯＬＬＩ）システム１０の一例を示す。システム１０は、一般に、被験者１６の解剖学的関心領域１４に埋め込まれる１つ以上の磁気シード１２を含む。関心領域１４は、腫瘍を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、複数の磁気シード１２のうちの１つ以上が被験者１６の皮膚表面上に配置されてもよい。
【００２４】
検出プローブ１８は、磁気シード１２の位置、向き、またはその両方を検出または測定するために使用される。検出プローブ１８は、一般に、第１磁気センサ２２および第２磁気センサ２４を収容するハウジング２０を含む。ハウジング２０は、一般に、手術室または他の外科的もしくは臨床的環境において臨床医が検出プローブ１８を保持および使用できるように、手持ち式構造を有する。一例として、ハウジング２０は、一般に、軸に沿って近位端から遠位端まで延びている。第１磁気センサ２２は、ハウジング２０の近位端に位置決め、または配置され、第２磁気センサ２４は、ハウジング２０の遠位端に位置決め、または配置されている。いくつかの実施形態では、第１磁気センサ２２および第２磁気センサ２４は、検出プローブ１８の軸に沿って同軸的に整列しているが、他の実施形態では、より人間工学的な検出プローブ１８の設計を提供するべく、センサの１つ（例えば、第２磁気センサ２４）をハウジング２０の軸からオフセットさせてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、第２磁気センサ２４を含む検出プローブ１８の先端部２５が取り外し可能である。この構成では、先端部２５を別の磁気センサを有する別の先端部と交換することができる。例えば、以下に説明するように、ある先端部は単一の磁気センサを含むことができ、別の先端部は２つ以上の磁気センサのアレイなどの２つ以上の磁気センサを含むことができる。また、取り外し可能な先端部２５を有することにより、検出プローブ１８全体を殺菌するのではなく、先端部２５を取り外して別個に殺菌することができるので、より容易な殺菌が可能になる。いくつかの他の実施態様では、先端部２５を使い捨てにすることができ、１回使用した後、先端部２５を取り外し、新しい滅菌先端部２５と交換することができる。さらに他の実施態様では、検出プローブ１８自体を使い捨てにすることができる。
【００２６】
検出プローブ１８は、追加の磁気センサまたは１つ以上の加速度計、ジャイロスコープ、温度センサなどを含む他のセンサを含んでいてもよい。これらの他のセンサは、ハウジング２０内に配置してもよいし、ハウジング２０の外面に配置または整列してもよい。一例として、これらの他のセンサの１つをハウジング２０の外面に取り付けることができる。
【００２７】
検出プローブ１８は、コンピュータシステム２６と電気的に通信し、コンピュータシステム２６は、一般に、検出プローブ１８を動作させ、磁気センサ２２，２４から信号データを受信する。また、コンピュータシステム２６は、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはその両方を外科医に提供して、手術中に外科医を補助することもできる。このフィードバックは、ディスプレイ、スピーカなどを含むことができる出力部５０を介して提供することができる。ＭＯＬＬＩシステム１０は、仮想現実システム、拡張現実システム、またはその両方と統合されることが企図され、あるいは、仮想現実システム、拡張現実システム、またはその両方を実装することが企図されている。
【００２８】
ユーザに提供される視覚的フィードバックの非限定的な一例として、出力部５０は、磁気シード１２の検出された位置に関する１つ以上の数値を表示するディスプレイを含むことができる。例えば、この数値は、検出プローブ１８と磁気シード１２との間の距離、磁気シード１２の測定された位置における誤差または不確実性、またはその両方を表すことができる。
【００２９】
ユーザに提供される視覚的フィードバックの別の非限定的な一例として、出力部５０は、被験者の診断画像と磁気シード１２が供給される、または供給された解剖学的部位の診断画像とを統合する視覚的フィードバックを提供するディスプレイを含むことができる。このような診断画像の例には、マンモグラフィまたは他のＸ線画像、超音波画像、磁気共鳴画像、または画像アーカイビングおよび通信システム（ＰＡＣＳ）などの中央電子保管所において整理された他の画像が含まれる。いくつかの実施態様において、出力部５０は、磁気センサ２２，２４から受信した信号データからの診断画像および情報の比較図を提供するディスプレイを含むことができる。一例として、コンピュータシステム２６は、磁気シード１２、検出プローブ１８、またはその両方の位置および向きを示す表示要素を生成することができ、これらの表示要素を診断画像上に重ねて表示することができる。
【００３０】
ユーザに提供される聴覚フィードバックの非限定的な一例として、出力部５０は、コンピュータシステム２６から聴覚信号を受信するスピーカを含むことができる。聴覚信号は、検出プローブ１８の近傍の磁気シード１２の存在を示すことができる。例えば、聴覚信号の特性は、検出プローブ１８と磁気シード１２との間の相対距離に基づいて変化し得る。一例として、聴覚信号の音程を変更することができる。別の例として、聴覚信号は一連のチャープ音またはその他のトーンを含むことができ、チャープ音の繰り返し周波数は、検出プローブ１８と磁気シード１２との間の相対距離に基づいて増加または減少する。
【００３１】
コンピュータシステム２６は、磁気センサ２２，２４から信号データを受信し、信号データを処理して磁気シード１２の位置、向き、またはその両方を検出または測定する１つ以上のプロセッサを含むことができる。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム２６は、検出プローブ１８のハウジング２０内に配置される１つ以上のプロセッサを含むが、他の構成において、コンピュータシステム２６は、検出プローブ１８から物理的に分離される。また、コンピュータシステム２６は、磁気シード１２の測定された位置、向き、またはその両方における誤差を測定することができ、測定された不確実性に基づいて視覚的表示、テキスト的表示、または数値的表示を生成することなどによって、この情報をユーザに提示することができる。また、コンピュータシステム２６は、検出プローブ１８を較正し、信号データを処理し、関心領域１４のマージン（例えば、腫瘍マージン）の評価を提供したり、関心領域１４のブラケティング（bracketing）を実施したりしてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、検出プローブ１８は、外科用ナビゲーションシステム３０で検出プローブ１８を追跡するために使用される１つ以上のトラッカ２８を含んでもよい。このようなセンサの例は、光学マーカー、赤外線エミッタ、無線周波数エミッタ、超音波エミッタなどを含み、これらは、光学追跡システム、無線周波数追跡システムなどの適当な追跡システム３２によって検出することができる。また、トラッカ２８は、慣性センサに基づく外科用ナビゲーションシステムを使用して検出プローブ１８を追跡するための加速度計、ジャイロスコープなどを含んでいてもよい。
【００３３】
磁気シード１２を被験者１６に導入するために、導入器３４も設けられている。導入器３４は、一般に、非磁性構造を有し、導入器３４が磁気シード１２の正確な配置を妨害しないようになっている。
【００３４】
ＭＯＬＬＩシステム１０は、検出プローブ１８内の磁気センサ２２，２４を利用して、患者内の磁気シード１２を正確に位置決めする。これらの磁気センサ２２，２４によって測定された信号データは、検出された磁気シード１２の磁場ベクトルに関する情報を含んでいる。この信号データは、コンピュータシステム２６に提供され、そこで、外科医を誘導するために、距離測定値と、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、またはその両方とに変換される。
【００３５】
ＭＯＬＬＩシステム１０は、検出プローブ１８の先端から７ｃｍ程のところにある磁気シード１２を検出することが企図されている。このデータに基づいて、６０ｍｍの距離において、１％の偽陽性／偽陰性率で磁気シード１２が検出される。このさらなる信頼は、外科医が標的部位を正確に特定できることを保証するのに役立つ。
【００３６】
［磁気シード］
本開示に従って実施することができる磁気シード１２の一例を図２および図３に示す。図２に示す例では、磁気シード１２がほぼ円筒形状を有するが、球形、楕円形、長方形などを含む任意の他の適当な形状でもよいことが理解されよう。磁気シード１２のそれぞれは、埋め込み用の標準的な針に適合するような大きさとすることができる。以下に説明するように、非磁性導入装置３４を使用して、磁気シード１２を正確に埋め込むことができる。
【００３７】
一般に、磁気シード１２は、異方性磁場を生じさせるように構成されている。いくつかの実施形態において、磁気シード１２は、異方性磁束密度分布を有する磁場も生じさせる。
【００３８】
磁気シード１２は、一般に、図３に示すように、生体適合性シェル３８内に封入された磁性材料３６から構成される。いくつかの実施形態では、磁性材料は、１つ以上の希土類元素を含む合金からなる希土類磁石である。一例として、磁性材料は、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ（ＮＩＢ）またはネオジムを含む他の合金などのネオジム磁石とすることができる。
【００３９】
生体適合性シェル３８は、金で構成することができるが、生体適合性ポリマーを含む他の生体適合性金属／非金属材料で構成してもよいことが理解されよう。いくつかの実施形態において、生体適合性シェル３８は、２つ以上の層を含む。一例として、生体適合性シェル３８は、ニッケルからなる内層と、銅からなる第２層と、ニッケルからなる第３層と、ｄｉＸ（登録商標）パリレン−Ｃ（ＫＩＳＣＯ株式会社；日本）からなる第４層（外層）とを含むことができる。
【００４０】
いくつかの実施例では、磁気シード１２は、希土類金属から焼結することができる。磁気シード１２の焼結製造方法は、代替技術よりも強力な磁束分布が得られるが、磁気シード１２の幾何学的形状が小さいこと、および材料のばらつきにより、磁気シード１２の磁束密度は変動する可能性がある（例えば、４〜６％の範囲で）。このシード間のばらつきは、異方性および距離アルゴリズム内で考慮することができるが、この最小の変動は、一般に、本開示のＭＯＬＬＩ誘導システムの目的のためにもふさわしい。また、半径方向対称性を有するように磁気シード１２を構成することは、シード内ばらつきに起因する誤差を軽減すると期待される。
【００４１】
本開示で使用される磁気シード１２は、一般に、磁気シード１２を関心領域１４に埋め込むために使用される導入針によって幾何学的形状が制約される。一例として、放射線科で一般に使用される標準サイズの針を使用して磁気シード１２を挿入するために、磁気シード１２は、その縦軸（例えば、図２に示される磁気シード１２の円筒軸）に沿った３．２ｍｍの長さと１．６ｍｍの直径とを有するように設計することができる。この幾何学的形状は、埋め込みに対して実用的でありながら、磁気シード１２の磁場強度の最大化を可能にする。
【００４２】
異方性磁気シード１２が生じさせる磁場は、従来の棒磁石によるものと幾何学的にほぼ同じである。磁気シード１２のベクトル磁場分布の一例であって、磁気シード１２構成の摂動と異方性レスポンスを示したものを図４に示す。特に、ベクトルは、磁場の異方性を表す磁気シード１２の周囲のトロイダルパターンに従う。この異方性効果は、磁気シード１２の検出中に検出プローブ１８が磁気シード１２までの距離を正確に離散化できるように特徴付けられるとともに、構成されている。図５は、磁場の非線形で異方的な分布を示す、磁気シード１２の磁束密度を表現したものの一例を示す。図５に示した環状リングのそれぞれは、磁束密度の強度の増加を表している。
【００４３】
図５に示すように、磁気シード１２の磁束は、半径方向に対して軸方向に同じ距離では等しくない。システム１０は、検出プローブ１８の先端部で測定された磁束から検出プローブ１８と磁気シード１２との間の距離を計算するので、磁気シード１２の向きは、磁気シード１２と検出プローブ１８との間の距離の測定に影響する。
【００４４】
したがって、磁気シード１２の異方性構造は、そのベクトル場および磁束密度の両方において同様の異方性をもたらす。この異方性効果を定量化するとともに、この定量化された情報を補償アルゴリズムに使用して、検出プローブ１８の先端部と所与の磁気シード１２との間の真の距離を推定することができる。また、これらの測定における不確定性も推定し、報告することができる。
【００４５】
例えば、本明細書で説明されるＭＯＬＬＩシステムは、検出プローブ１８と所与の磁気シード１２との間の距離の計算における不確定性を評価することができ、この情報を、デジタル読み出し値と一緒に表示することができる。本明細書で説明される磁気シードおよび検出プローブの設計の例では、この誤差の大きさが、磁気シード検出の限界点（例えば、磁気シードからの距離が７ｃｍ）における約８ｍｍから、磁気シードに最も近いところ（例えば、磁気シードからの距離が１ｃｍ）における１ｍｍ未満までの間で変動することが企図される。
【００４６】
シード−検出器間距離における誤差の推定は、磁気シード１２の異方性構造を説明するために使用されるモデルに依存する。単純なルックアップテーブルは、磁気シード１２の物理的構造が考慮されないので、シード−検出器間距離における誤差を正確に推定することができない。ルックアップテーブルを用いた手法では、マーカーがそれを取り囲む均質な磁場を有する空間内の単一の点であると仮定され、したがって、マーカーの構造に関する情報は提供されない。したがって、異方性磁気シードとともにルックアップテーブルを使用しても、検出プローブからそのような磁気シードまでの距離における誤差の信頼できる推定を行うことはできない。そのため、外科医は、提示される数字に自信がもてないことになる。
【００４７】
しかしながら、本開示のシステムおよび方法は、磁気シード１２の検出に磁気シード１２の物理的モデルを組み込み、したがって、測定における不確定性を正確に推定し、報告することができる。誤差推定とともに距離を報告することは、外科医に信頼を提供し、外科医がこの情報を重要な臨床的意思決定に利用することを可能にする。
【００４８】
［検出プローブ］
上述したように、埋め込まれた磁気シード１２は、一般に、第１，第２磁気センサ２２，２４を含む検出プローブ１８を使用して検出される。一例として、磁気センサ２２，２４は磁気計とすることができる。一例において、検出プローブ１８は、第１磁気センサ２２が検出プローブ１８の近位端に配置され、かつ第２磁気センサ２４が検出プローブ１８の遠位端に配置されるように構成される。
【００４９】
検出プローブ１８は、地球の磁場に対する検出プローブ１８の向きの変化を考慮する内蔵の減算システムを使用することによって、地球の磁場に感応しないように設計される。磁気センサ２２，２４は、検出プローブ１８の中心軸に沿って整列しているが、好ましい実施形態では、磁気センサの１つを検出プローブ１８の中心軸からオフセットさせてもよい。
【００５０】
一例として、第２磁気センサ２４は、より人間工学的な検出プローブ１８の設計を提供するべく、オフセットしていてもよい。このような配置は、図６〜図８に示され、これらには、第１磁気センサ２２および第２磁気センサ２４が検出プローブ１８の中心軸４０に対して同軸的ではない検出プローブ１８が示されている。従来の磁気検出システムとは異なり、地球の磁場を補償する機能が内蔵されているために、検出プローブ１８は、磁気センサ２２，２４の互いに対する位置合わせに関する厳しい要件または制約を有さず、磁気センサ２２，２４の位置合わせを容易に適応させることができる。
【００５１】
上述したように、検出プローブ１８は、検出プローブ１８の遠位端に配置されたケーブル４２を介してコンピュータシステム２６と電気的に通信する。ケーブル４２は、１つ以上の電線を含むことができ、さらに１つ以上の光ファイバを含むこともできる。一般に、ケーブル４２は、検出プローブ１８に電力を供給するとともに、磁気センサ２２，２４によって測定された信号データのコンピュータシステム２６への通信を可能にする。いくつかの他の実施形態では、ケーブル４２が取り外され、検出プローブ１８がコンピュータシステム２６と無線通信するようになっていてもよい。この構成では、内部バッテリを介して電力を検出プローブ１８に供給することができる。他の実施形態では、コンピュータシステム２６を検出プローブ１８のハウジング２０内に収容することができる。例えば、図６に示すように、コンピュータシステム２６は、ハードウエアプロセッサおよびメモリが配置されたプリント回路基板を含むことができる。このような構成では、ケーブル４２を介して、または内部バッテリを介してコンピュータシステム２６に給電することができる。
【００５２】
検出プローブ１８の動作中または動作前に、コンピュータシステム２６は、磁気センサ２２，２４のそれぞれが個別に較正される較正手順を実行することができる。そのとき、磁気センサ２２，２４によって提供される測定値が結び付けられて、あらゆる不整合を補償することができる。この較正手順を通じて、磁気センサ２２，２４が共通の座標系に配置され、共通の空間基準点に対する磁気センサ２２，２４の位置が既知となる。これらの較正値は、コンピュータシステム２６および検出プローブ１８によるその後の使用のために、コンピュータシステム２６に較正データとして記憶することができる。検出プローブ１８は、独立して連続的に番号付けされて較正されてもよく、磁気センサ２２，２４の対応する較正データは、検出プローブ１８に収容されたメモリ（例えば、不揮発性メモリ）に記憶されてもよい。場合によっては、コンピュータシステム２６が検出プローブ１８に収容され、メモリがコンピュータシステム２６の一部を形成してもよい。
【００５３】
図６〜図８は、２つの磁気センサ２２，２４のみを有する検出プローブ１８を示しているが、検出プローブ１８は、３つ以上の磁気センサを有するように構成することができる。いくつかの実施例では、３つ以上の磁気センサを検出プローブ１８のハウジング２０内に配置することができ、他の例では、１つ以上の追加の磁気センサをハウジング２０の外面に固定または配置することができる。非限定的な一例として、検出プローブ１８は、磁気センサの１つ以上のアレイを含むことができる。例えば、検出プローブ１８は、図９に示すように、２つの遠位磁気センサ２４ａ，２４ｂのアレイと、１つの近位磁気センサ２２とを含むことができる。検出プローブ１８のハウジング２０内またはハウジング２０の外面に、他のセンサを配置することもできる。このような他のセンサの例としては、加速度計、ジャイロスコープなどが挙げられる。磁気センサ２２，２４の１つ以上をこのようなセンサのアレイに置き換えることもできる。
【００５４】
磁気センサ、または他のセンサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ）の１つ以上のアレイを利用することによって、磁気シード１２および検出プローブ１８からの方向を決定し、可視化することができる。検出プローブ１８に対する磁気シード１２の方向を測定する能力により、デジタルコリメーション効果が得られ、かつ臨床医が望むようにオンまたはオフに切り替えられる。アクティブになると、コリメーションは、磁気シード１２が検出プローブ１８の先端部の観察窓内にあるときにのみ、臨床医に聴覚的または視覚的な合図を送る。この観察窓の外側では、たとえ磁気シード１２が観察窓の外側で検出されたとしても、検出プローブ１８は、聴覚的または視覚的な合図を生じさせない。この機能は、ＭＯＬＬＩシステム１０によるＲＳＬプローブの使用および機能の厳密な再現を可能にする。
【００５５】
検出プローブ１８は、深度を区別することができ、互いに近接する磁気シード１２を検出および区別するのに十分な空間分解能を達成することができる。この能力は、放射性シードでは不可能であった、磁気シード１２による関心領域１４のブラケット化を可能にする。
【００５６】
上述したように、ＭＯＬＬＩシステム１０は、２つの磁気センサ２２，２４のみからのフィードバックで動作することができる。２つの磁気センサ２２，２４のみで他のセンサがない場合、ＭＯＬＬＩシステム１０は、７０ｍｍの検出深度において９５％の感度および特異性を達成することが企図されている。
【００５７】
ＭＯＬＬＩシステム１０は、比較的容易に、かつ迅速に外科医を磁気シード１２にまで案内するのを助けるように設計されている。この目標の達成を助けるために、ＭＯＬＬＩシステム１０によって達成可能な位置特定は正確かつ明確であり、空間分解能は、放射性シードの位置特定に使用されるガンマプローブの空間分解能に匹敵するか、またはそれよりも優れている。
【００５８】
［導入装置］
導入装置３４は、磁気シード１２を被験者１６のある位置に供給するために使用される。導入器３４は、非磁性材料から構成されていることが好ましく、その結果、磁気シード１２は、導入装置３４と相互作用することなく、正確に位置決めされる。
【００５９】
図１０および図１１に示すように、導入装置３４は、一般に、磁気シード１２を受け入れられるサイズの管腔４６を有する針４４を含んでいる。いくつかの実施形態では、磁気シード１２が針４４の管腔４６内に配置されたときに気密シールがされないように、管腔４６が磁気シード１２よりも十分に大きいサイズを有している。
【００６０】
針４４は、上述したように、非磁性材料からなることが好ましい。一例として、針４４は、チタンまたは適当なチタン合金から構成することができる。別の例として、針４４は、ステンレス鋼または適当なステンレス鋼合金から構成することができる。針４４は、他の磁気的に不活性な金属、プラスチックなどから構成することもできる。
【００６１】
プランジャ４８は、針４４の遠位端に配置され、針４４の管腔４６に受け入れられる大きさとされている。プランジャ４８は、磁気シード１２に流体連結されており、プランジャ４８が作動すると、針４４の開放された先端部において管腔４６から磁気シード１２を押し出す力が生じる。また、プランジャ４８は、磁気シード１２の配置後に管腔４６内に引っ込められるときに、空気が管腔４６内を自由に通過できるような大きさとされ、これにより、磁気シード１２の正確な配置を妨害する可能性がある真空効果を排除する。いくつかの他の実施形態では、プランジャ４８が管腔４６の内面と気密嵌合するような大きさとされるが、磁気シード１２の正確な配置を妨害する可能性がある真空効果が生じるのを防ぐために、プランジャ４８に穴を形成して、空気がプランジャ４８を通過して流れるようになっている。
【００６２】
いくつかの実施形態において、プランジャ４８および針４４は、使用時にプランジャ４８を適所に留める一方で、磁気シード１２を配置するために針４４を後退させることができるように構成されている。この実施形態では、プランジャ４８は、針４４が後退している間に、磁気シード１２が適所において保持されるように設計されていることが好ましい。いくつかの他の実施形態では、ロック５２または他の適切な留め具を使用して、プランジャ４８が針４４の管腔４６内で拘束される。ロック５２は、シリコーンまたは他の可鍛性ゴム、プラスチック、または合成材料から構成することができる。
【００６３】
いくつかの構成において、針４４の先端は、プランジャ４８の作動なしに磁気シード１２が管腔４６から出て行くことを不可能にする針４４の先端の一時的な閉鎖が得られるように、骨ワックスまたは他の適当な生体適合性材料および生体分解性材料を使用して密封されていてもよい。
【００６４】
［使用方法］
ＭＯＬＬＩシステム１０は、一般に、磁気シード１２用検出プローブ１８の先端部付近のボリューム（volume）を調べることによって動作する。そのとき、磁気シード１２の磁束が測定され、検出プローブ１８の先端部から磁気シード１２までの距離を決定するためにアルゴリズムが使用される。このアルゴリズムは、上述したように、磁気シード１２の物理モデルを較正アルゴリズムおよび検出アルゴリズムに組み込むことによって、磁気シード１２の異方性を補正するものである。距離計算は、視覚的表示、聴覚的フィードバック、および表示される実際のユニット（units）の両方に関連しているので、外科医に対するフィードバックの主要な方法である。上述したように、方向を測定し、外科医に向けて表示することもできる。
【００６５】
検出プローブ１８の先端部から埋め込まれた磁気シード１２までの距離を提供することに加えて、本開示のＭＯＬＬＩシステム１０は、距離を決定するとともに、上述した距離測定における誤差を定量化することができる。ＭＯＬＬＩシステム１０のこの能力は、切除された被検査物の切断縁部が磁気シード１２から特定の距離にあることを保証することによって外科手術の完全性を評価することを可能にし、これにより、外科医はマージンを計画するとともに、このマージンが手術中に達成されたかどうかを大まかに評価することが可能になる。この手術中のマージン評価は、乳房温存手術における再切除の発生率を減少させることができる。また、マージン評価方法は、磁気シードまでの距離が平均よりも短い切除ボリューム上の領域について外科医に注意喚起することができ、これにより、外科医は、手術腔のその部分を再切除して、明確な外科用マージンを確実に達成することが可能になる。
【００６６】
乳房温存手術で使用される従来のワイヤガイドによる位置特定は、びまん性疾患をマークするためにしばしば使用される。この環境では、２本のワイヤが、疾患の範囲をマークし、かつ当該２本のワイヤの間の領域が標的領域であることを外科医に知らせるように配置される。さらに、ワイヤ上のインデックスは、特定のマーカーとワイヤの端部との間の領域が除去されるべきであることを示すためにも使用される。
【００６７】
ＲＳＬの普及により、ワイヤガイドによる位置特定の当初の意図と同様の方法で、切除病変の位置特定のためにヨウ素−１２５マーカーシード（iodione-125 marker seeds）の使用がもたらされた。近年、放射線科医が切除の疑いおよび必要性があると特定した広い領域を識別するために、「ブラケティング」がＲＳＬシードのさらなる使用を招いている。
【００６８】
従来、ブラケティングは、疾患の範囲が外科チームに容易に明らかではない場合に利用される。一例として、ブラケティングのための臨床的代表距離は、５０〜７０ｍｍのオーダーである。本開示のＭＯＬＬＩシステム１０で達成される空間分解能は、磁気シード１２の１０ｍｍ程度の位置特定を可能にすると企図されている。したがって、４０ｍｍを超える臨床的代表距離によって分離された磁気シード１２間の相互作用はほとんどなく、これにより、ブラケティングをＭＯＬＬＩシステム１０で実施することが可能になる。
【００６９】
手術前に複数の磁気シード１２を用いて疾患の範囲を特定する能力が望ましい。この能力により、外科医は、正常組織の切除を最小限に抑えつつ腫瘍を完全に切除するために、処置を計画することができる。ＭＯＬＬＩシステム１０は、２ｃｍの深度で１０ｍｍ以上離間した磁気シードを区別することができ、したがって、ＭＯＬＬＩシステム１０は、病変のブラケティングを可能にする。１ｃｍよりも小さい病変は、その限られたボリュームを考慮すると、典型的にブラケティングを必要としない。
【００７０】
本発明を１つまたは複数の好ましい実施形態について説明してきたが、明示的に述べたもの以外にも多くの等価物、代替物、変形物および修正物が可能であり、これらも本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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