(57)【要約】磁性材料を見つけるためのシステムおよび方法。一実施形態において、システムは、磁気プローブ（１０９）と、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブ（１００）と電気的に連絡している電力モジュール（１０４）と、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュール（１０８）と、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュール（コンピュータ）を含む。処理モジュール（コンピュータ）は、電力モジュールからの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ磁性材料の存在を示す感知モジュールからの信号を受信する。磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。一実施形態において、磁性ナノ粒子がリンパ節に集まる。一実施形態において、粒子は、５〜２００ｎｍの間の平均流体力学的径を有する。
2013512713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注射可能な磁性ナノ粒子を有するセンチネル節を患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
磁気プローブと、
該磁気プローブに電流を供給するための、該磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該磁気プローブからの信号を受信するための、該磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
該電力モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと、
複数の注射可能な磁性ナノ粒子と
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該注射可能な磁性ナノ粒子への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該注射可能な磁性ナノ粒子は、５ｎｍと２００ｎｍとの間の平均流体力学的径の大きさを有する、システム。
【請求項２】
前記ナノ粒子は、１０ｎｍと５０ｎｍとの間の平均流体力学的径の大きさを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
磁性マーカーを患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
磁気プローブと、
該磁気プローブに電流を供給するための、該磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該磁気プローブからの信号を受信するための、該磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
該電力モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと、
複数の注射可能な磁性ナノ粒子と
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該注射可能な磁性ナノ粒子への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されており、
該注射可能な磁性ナノ粒子は、２００ｎｍより大きい平均流体力学的径の大きさを有する、システム。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、１０００ｎｍより大きい平均流体力学的径の大きさを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
磁性材料を有するセンチネル節を患者に見つけるためのハンドヘルドシステムであって、該システムは、
ハウジングを含み、該ハウジングは、
該磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、
該磁気プローブに電流を供給するための、該磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該磁気プローブからの信号を受信するための、該磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
表示モジュールと、
該電力モジュール、該表示モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該磁性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該表示モジュールは、磁性材料の存在についての指示を提供する、システム。
【請求項６】
前記磁性材料についての指示が可聴型である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁性材料についての指示が触覚型である、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
磁性粒子は、５〜２００ｎｍの平均流体力学的径を有する磁性ナノ粒子である、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
磁性粒子は、１０〜５０ｎｍの平均流体力学的径を有する磁性ナノ粒子である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
磁性材料を患者に見つけるためのハンドヘルドプローブであって、該ハンドヘルドプローブは、
ハウジングを含み、該ハウジングは、
該磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、
該磁気プローブに電流を供給するための、該磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該磁気プローブからの信号を受信するための、該磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
アンテナを含む送信器モジュールと、
該電力モジュール、該送信器モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該磁性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該処理モジュールは、該感知モジュールからの該信号に応じて該磁性材料の存在を示す信号を伝送するように、該送信器モジュールに命令し、
該磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている、ハンドヘルドプローブ。
【請求項１１】
磁性材料を患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
ハウジングと、
ホストコンピュータと
を含み、
該ハウジングは、
該磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、
該磁気プローブに電流を供給するための、該磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該磁気プローブからの信号を受信するための、該磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
アンテナを含む送信器モジュールと、
該電力モジュール、該送信器モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡しているプローブ処理モジュールと
を含み、
該ホストコンピュータは、該送信器モジュールから伝送された信号を受信するための受信器を有し、
該プローブ処理モジュールは、該電力モジュールから該磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該プローブ処理モジュールは、該磁性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該プローブ処理モジュールは、該感知モジュールからの該信号に応じて該磁性材料の存在を示す信号を伝送するように、該送信器モジュールに命令し、
該磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該ホストコンピュータは、該送信器モジュールから伝送される、該受信された信号に応じて、該磁性材料の存在の指示を生成する、システム。
【請求項１２】
複数の磁性粒子をさらに含み、各磁性粒子は、５〜２００ｎｍの平均流体力学的径を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数の磁性粒子をさらに含み、各磁性粒子は、１０〜５０ｎｍの平均流体力学的径を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
導電性材料を患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
プローブと、
該プローブに電流を供給するための、該プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該プローブからの信号を受信するための、該プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
該電力モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該導電性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該プローブからの該信号は、該プローブへの電流の供給を制御する該波形と同位相である、システム。
【請求項１５】
磁性材料を患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
プローブと、
該プローブに電流を供給するための、該プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該プローブからの信号を受信するための、該プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
該電力モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、導電性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該プローブからの該信号の位相は、該プローブへの電流の供給を制御する該波形の位相に直交している、システム。
【請求項１６】
磁性または導電性材料を患者に見つけるためのシステムであって、該システムは、
プローブと、
該プローブに電流を供給するための、該プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、
該プローブからの信号を受信するための、該プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、
該電力モジュールおよび該感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールと
を含み、
該処理モジュールは、該電力モジュールから該プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、
該処理モジュールは、該導電性または磁性材料への接近を示す該感知モジュールからの信号を受信し、
該プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成され、
該プローブからの信号の大きさは、該信号の位相に関係なく、該プローブへの電流の供給を制御する該波形についての位相に対して測定される、システム。
【請求項１７】
３Ｄタトゥーイングのための方法であって、該方法は、
複数の注射可能な磁性または導電性粒子を提供するステップと、
該磁性または導電性粒子を、組織における関心のある領域内に注射するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、医療診断デバイスに関し、より具体的には、外科手術手順の間に関心のある組織を検出するためのデバイスに関する。
【０００２】
（関連出願）
本出願は、２００９年１２月４日に出願した第１２／６３１，３７０号の一部継続である。上記出願の全容が、本明細書において参照することによって援用される。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
毎年、約１２５万の乳癌の新たな症例が診断される。大多数のこれらの症例において、腫瘍を除去し、センチネルリンパ節を切除し、癌が体の他の部位に拡散したか否かを決定するためにそれらを組織的に検査する外科手術に対する急を要する必要性がある。センチネルリンパ節は、腫瘍からのリンパ排液を受け取る最初の結節である。センチネルリンパ節が、臨床医に何らかの癌拡散を確実に警告するので、それは、最初の結節と呼ばれる。センチネルリンパ節生検は、現在の乳癌手術において標準の治療である。
【０００４】
外科手術中に、センチネル節を見つけるのは、困難である。センチネル節を見つけるための１つの方法は、乳房のリンパ組織内に紺青色の色素を注射することである。次に、色素が乳房のリンパシステムを通って分散し、外科医は、何らかの色付きの結節を除去する。この方法は、誤りを起こしやすいと認識されている。
【０００５】
改良された方法は、リンパ結節内に放射性色素を注射することを含む。類似の方法で、色素がリンパシステムを通って排出され、次に、外科医がセンチネル節を見つけることを助けるために、放射線検出器を使用する。しかしながら、日常手術と違って、外科医に加えて核医学の放射線専門医の時間および力を割り当てる必要があるので、放射線同位体の使用には、重大、かつ高価な後方支援の負担が存在する。さらに、多くの患者は、放射性注射を受け入れることをためらう。これらの要因は、センチネル節を見つけるための放射線同位体の使用の普及した利用に対して重大な壁になる。
【０００６】
その上に、領域をマークし、またはタトゥーをする能力は、外科医が関心のあるエリアを見つけることを可能にするのにとって重要である。多くのタトゥーイング（ｔａｔｔｏｏｉｎｇ）は、皮膚の表面上に、または関心の組織内に大きな物体、例えば、ステープルの埋め込みを介して行われる。あいにく、このような表面のタトゥーイングは、ただその下に重大な組織が見つけられる表面の領域を外科医に示すだけである。それは、組織の場所の３Ｄ境界を定めない。外科医にとって、３Ｄで関心のある領域の輪郭を描く方法が必要とされる。
【０００７】
最後に、金属断片が組織を通って分散されることが、戦闘および工業事故関連の傷害において頻繁に起きる。これらの断片を発見するのは、組織損傷を修復しようとする手術室の外科医にとって厄介である。
【０００８】
本発明は、それらの問題を解決する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（本発明の要約）
本発明は、抜本的に、放射ではなく、磁気に基づく検出システムの使用を介してセンチネルリンパ節のプロトコルを変える。本システムは、磁性ナノ粒子の懸濁液の磁気性質を検出器と結合させ、検出器は、手術室の環境において使用され得る他の方法より著しく感度が高い。１つの実施形態において、ナノ粒子の懸濁液は、ＦＤＡ認可のＭＲＩコントラスト剤である。１つの実施形態において、本発明は、センチネルリンパ節を見つけることを対象とするが、本発明は、体内および他の環境の両方で他の磁性および導電性材料を検出するために使用され得る。
【００１０】
１つの局面において、本発明は、磁性材料を見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、本発明は、注射可能な磁性ナノ粒子を有するセンチネル節を患者に見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、磁気プローブと、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールと、複数の注射可能な磁性ナノ粒子とを含む。別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールから磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ注射可能な磁性ナノ粒子への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。別の実施形態において、磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。なお別の実施形態において、注射可能な磁性ナノ粒子は、５ｎｍと２００ｎｍとの間、好ましくは、１０ｎｍと５０ｎｍとの間の平均流体力学的径の大きさを有する。
【００１１】
別の局面において、本発明は、磁性マーカーを患者に見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、磁気プローブと、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールと、複数の注射可能な磁性ナノ粒子とを含む。別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールから磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ注射可能な磁性ナノ粒子への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。なお別の実施形態において、磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。なお別の実施形態において、注射可能な磁性ナノ粒子は、２００ｎｍより大きいか、好ましくは、１０００ｎｍより大きい平均流体力学的径の大きさを有する。
【００１２】
なお別の局面において、本発明は、磁性材料を有するセンチネル節を患者に見つけるためのハンドヘルドシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、ハウジングを含み、ハウジングは、磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、表示モジュールと、電力モジュール、表示モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールとを含む。別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールから磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ磁性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。なお別の実施形態において、表示モジュールは、磁性材料の存在についての指示を提供する。なお別の実施形態において、磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。１つの実施形態において、磁性材料についての指示は可聴型である。別の実施形態において、磁性材料についての指示は触覚振動である。別の実施形態において、磁性粒子は、５〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍの平均流体力学的径を有する磁性ナノ粒子である。
【００１３】
なお別の局面において、本発明は、磁性材料を有するセンチネル節を患者に見つけるためのハンドヘルドプローブに関する。１つの実施形態において、ハンドヘルドプローブは、ハウジングを含み、ハウジングは、磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、アンテナを含む送信器モジュールと、電力モジュール、送信器モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡している処理モジュールとを含む。別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールから磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ磁性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。なお別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、感知モジュールからの信号に応じて磁性材料の存在を示す信号を伝送するように、送信器モジュールに命令する。なお別の実施形態において、磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。
【００１４】
別の局面において、本発明は、磁性材料を有するセンチネル節を患者に見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、ハウジングを含み、ハウジングは、磁性材料を検出することが可能な磁気プローブと、磁気プローブに電流を供給するための、磁気プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、磁気プローブからの信号を受信するための、磁気プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、アンテナを含む送信器モジュールと、電力モジュール、送信器モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているプローブコンピュータまたは処理モジュールとを含む。１つの実施形態において、システムは、送信器モジュールから伝送された信号を受信するための受信器を有するホストコンピュータを含む。別の実施形態において、プローブコンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールから磁気プローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ磁性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。なお別の実施形態において、プローブコンピュータまたは処理モジュールは、感知モジュールからの信号に応じて磁性材料の存在を示す信号を伝送するように、送信器モジュールに命令する。なお別の実施形態において、磁気プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。なお別の実施形態において、ホストコンピュータは、送信器モジュールから伝送される、受信された信号に応じて、磁性材料の存在の指示を生成する。なお別の実施形態において、システムは、複数の磁性粒子をさらに含み、各磁性粒子は、５〜２００ｎｍ、好ましくは、１０〜５０ｎｍの平均流体力学的径を有する。
【００１５】
別の局面において、本発明は、導電性材料を患者に見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、プローブと、プローブに電流を供給するための、プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、プローブからの信号を受信するための、プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールとを含む。別の実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールからプローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、かつ導電性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。１つの実施形態において、プローブからの信号は、プローブへの電流の供給を制御する波形と同位相である。
【００１６】
別の局面において、本発明は、磁性材料を患者に見つけるためのシステムに関する。システムは、プローブと、プローブに電流を供給するための、プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、プローブからの信号を受信するための、プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールとを含む。１つの実施形態において、処理モジュールは、電力モジュールからプローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、コンピュータまたは処理モジュールは、導電性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。別の実施形態において、プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。なお別の実施形態において、プローブからの信号の位相は、プローブへの電流の供給を制御する波形の位相に直交している。
【００１７】
なお別の局面において、本発明は、磁性または導電性材料を患者に見つけるためのシステムに関する。１つの実施形態において、システムは、プローブと、プローブに電流を供給するための、プローブと電気的に連絡している電力モジュールと、プローブからの信号を受信するための、プローブと電気的に連絡している感知モジュールと、電力モジュールおよび感知モジュールと電気的に連絡しているコンピュータまたは処理モジュールとを含む。１つの実施形態において、コンピュータまたは処理モジュールは、電力モジュールからプローブまでの電流の供給を制御する波形を生成し、コンピュータまたは処理モジュールは、導電性または磁性材料への接近を示す感知モジュールからの信号を受信する。別の実施形態において、プローブは、１０−６／℃以下の熱膨張係数と、実質的に５０ＧＰａ以上のヤング係数とを有する材料から構成されている。なお別の実施形態において、プローブからの信号の大きさは、信号の位相に関係なく、プローブへの電流の供給を制御する波形についての位相に対して測定される。
【００１８】
別の局面において、本発明は、３Ｄタトゥーイングのための方法に関する。方法は、複数の注射可能な磁性または導電性粒子を提供するステップと、磁性または導電性粒子を、組織における関心のある領域内に注射するステップとを含む。
【００１９】
本発明の対象および特徴は、以下に説明される図面を参照してよりよく理解され得る。図面は、必ずしも一定の比率で描かれていないが、代わりに本発明の原理を例示することに強調が置かれる。図面において、数字が、さまざまな図を通して具体的な部分を示すために使用される。本開示に関連付けられた図面は、それらが導入されるような本開示内の個々の基礎に基づいて言及される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に従って構成されたシステムの実施形態のブロックダイヤグラム。
【図２】図２は、図１に示されるシステムの実施形態のプローブおよび電子部品の概略的ダイヤグラムである。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示されるシステムの別の実施形態のプローブおよび電子部品の概略的ダイヤグラムである。
【図３】図３は、本発明を利用して、センチネル節を決定する方法の実施形態のフローダイヤグラムである。
【図４】図４は、センチネル節を見つけるために使用されるシステムのプローブの図面である。
【図５】図５は、ワイヤレス使用のために構成されたシステムの別の実施形態のブロックダイヤグラムである。
【図６】図６は、リモートホストコンピュータを使用しないために構成されたシステムの別の実施形態のブロックダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（詳細な説明）
以下の説明は、本発明のある実施形態を例示する添付の図面に関連する。他の実施形態が可能であり、変更が、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、実施形態に加えられ得る。それゆえに、以下の詳細な説明が、本発明を限定することが意図されない。それより、本発明の範囲が、添付の請求範囲によって規定される。
【００２２】
図１を参照すると、簡単な概略図において、本発明の教示に従って構成されたシステム１０は、プロセッサ、ＲＡＭメモリ、長期データ記憶域、入力／出力デバイス、およびディスプレイを有するコンピュータ１４と、プローブのための電力およびセンサー電子部品、およびプローブ自身１００を含む電子モジュール１６とを含む。ここで参照されるように、コンピュータ、プロセッサおよび処理モジュールという単語は、デジタルおよびアナログ実装を含む任意の形式の処理デバイスを示すために、互換可能に使用される。１つの実施形態において、入力／出力デバイスは、デジタル−アナログコンバータおよびアナログ−デジタルコンバータを含む。
【００２３】
システムの安定性を維持するために、部分的にプローブの熱安定性を提供する必要である。これは、プローブのコイルの注意深い位置決めでの変形に対して、低熱膨張および高抵抗の組み合わせを有する材料の組み合わせを用いて処理される。図２を参照すると、本発明のシステムの電子部品およびプローブ部品の実施形態は、プローブ１００、駆動回路１０４および感知回路１０８を含む。プローブ１００は、概して、ユーザーの手に合う大きさを有する円柱形のデバイスである。１つの実施形態において、円柱は、約７５ｍｍの長さおよび２０ｍｍの直径を有する。１つの実施形態において、円柱は、無方向性の等方性構造を有する無機の無孔ガラスセラミックであるＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）（Ｓｃｈｏｔｔ  ＡＧ，Ｍａｉｎｚ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から作られる。形成の間に、このガラスセラミックが、熱サイクリングを受け、熱サイクリングが、ガラス状の材料の約７５％を結晶性石英に変換させる。材料内に生じたガラス相および結晶相は、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）の１つの種類の熱膨張係数が０．０２ｘ１０−６／℃のオーダーであるようにバランスを保つ。実質的ゼロの膨張係数は、広い温度範囲にわたって、プローブ１００の機械的安定性を維持する。加えて、ガラスセラミック材料は、非常に剛性であり、９０Ｇｐａのヤング係数を有する。この材料に類似する熱膨張係数およびヤング係数を有する他の材料も使用され得る。
【００２４】
１つの実施形態において、２つの溝１１２および１１６が、円柱本体の第１の端部の付近に円周方向に形成され、２つの実質的に同じ大きさのワイヤコイル１２０および１２４が、溝内に巻かれる。第３の溝１２８がまた、円柱において、第１の溝１１２と第２の溝１１６との間の実質的に真ん中に、かつそれらと同軸的に形成され、第３のコイル１３２が、その溝１２８内に巻かれる。この実施形態において、第３の溝１２８の深さは、第３のコイル１３２の外側表面が、第１の溝１１２および第２の溝１１６の底面と同じ深さで配置されるようになり、溝１２８は、他の２つの溝より広い。１つの実施形態において、第１のコイル１２０および第２のコイル１２４は、約２ｍｍ幅であり、約８ｍｍの内径を有し、約４８巻のワイヤを有する。第３のコイル１３２は、約３ｍｍ幅であり、約５ｍｍの内径を有し、約７２巻のワイヤを含む。
【００２５】
コイルの大きさおよび互いに対するそれらの配置が選択され、その結果、コイルが加熱のために形状を変えるときに、それらの誘導性変化が最小にされる。あいにく、現在のところ、ゼロの熱膨張係数を有する利用可能な電気導体が存在しない。タングステンワイヤは、銅ワイヤ以上の改善を提供し、４倍だけ係数を減少させ、ただし、タングステンワイヤはまた、４倍の抵抗を受ける。駆動コイル１２０、１２４に対して、より高い抵抗が、増加した自己過熱を引き起こし、感知コイル１３２に対して、増加した抵抗が、ノイズを増加させるので、この実施形態においてタングステンは使用されていない。
【００２６】
コイルの差動半径方向膨張（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｒａｄｉａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）の問題が、材料選択を通じて解決されることができないが、それは、コイル配置の厳密な計算によって対処され得る。一対の同軸コイルの間のカップリング（相互インダクタンス）を考慮する（一対のコイルのうちの１つが、もう１つより大きな半径を有する）。コイルが互いに近くある場合、より大きなコイルが膨張するにつれて、カップリングが減少させられる。コイルが遠く離れている場合、より大きなコイルが膨張するにつれて、カップリングが増大される。従って、カップリングが、より大きなコイルの小さな膨張によって影響されない分岐点があると考えられる。
【００２７】
ゼロではない半径、長さおよび厚さを有する実際のコイルを用いて、相互インダクタンスが、２つのコイルの体積にわたって６重積分として数値的に計算され得る。最初に半径が選択されると仮定すると、必要な分岐点が反復的に決定され得る。２つのフィラメント回路ｉとｊとの間の相互インダクタンスが、ノイマンの式：
【００２８】
【化１】
2013512713.tif 000003
によって与えられ、ここで、Ｒｉｊは、回路Ｃｉ上の要素ｄｓｉと回路Ｃｊ上の要素ｄｓｊとの間の距離であり、μは、フィラメント回路の間の材料の透磁率であり、ガラスセラミックの透磁率は、典型的に、自由空間の透磁率μ０に非常に近い。
【００２９】
体積充填同軸円柱形コイルに対して、この方程式は、（円柱形極座標（ｒ，θ，ｚ）において）
【００３０】
【化２】
2013512713.tif 000004
になり、ここで、
【００３１】
【化３】
2013512713.tif 000005
ここで、Ｎｉ、Ｎｊは、各コイルの巻数である。この方程式は、コイルの断面にわたって均一な電流分布を仮定し、低周波数および小さなワイヤサイズに対して有効であり、従ってスキン効果が無視できる。
【００３２】
軸方向の対称性を与えられると、１つの積分が、円の円周に対して縮退し、以下の式が、
【００３３】
【化４】
2013512713.tif 000006
に数値的に積分されることになる。
【００３４】
コイルのカップリングは、より小さいコイルのサイズの変化ではなく、より大きなコイルのサイズの変化のみに敏感であることが理解されるべきである。それゆえに、この技術を有効にさせるために、より小さなコイルは、２つの等しいより大きなコイルから作られた一次グラジオメーター内の中心コイルである必要がある。中心コイルの半径の変化が、中心コイルの両側のコイルへのカップリングにおける等しい変化によってバランスが保たれる。いずれかのより大きなコイルの半径の変化が、正確な位置決めによって補償される。
【００３５】
第４の溝１３６がまた円柱に形成されることにより、使用中に円柱の熱伝導率を減少させ、円柱に沿う流れからコイル１２０、１２４によって生成された熱の量を減少させて、熱的非対称性を引き起こし、それによって２つのコイル１２０、１２４の異なる局所環境を作る。２つの長手方向の溝（示されていない）も円柱の長さに沿って表面に形成され、さまざまなコイルへのワイヤ接続のためのパスを提供する。
【００３６】
任意的な第５の溝１４０が、第１の溝１１２から離れた円柱の端部の付近に形成され得、任意的な第４のコイル１４４が、溝１４０内に形成される。１つの実施形態において、第４のコイル１４４は、約２ｍｍ幅であり、約８ｍｍの内径を有し、約３２巻のワイヤを有する。第４のコイル１４４は、第３のコイル１３２より大きいが、それらの面積−巻数が実質的に一致している。
【００３７】
１つの実施形態において、第１のコイル１２０と第２のコイル１２４とは、電流が流されると、コイルが生成する磁場が実質的に第３のコイル１３２の中心でキャンセルされるように、逆に巻かれ、かつ直列に接続される。この議論の目的のために、（他の記述でもいい）、第１のコイル１２０および第２のコイル１２４は駆動コイルと呼ばれ、第３のコイル１３２は感知コイルと呼ばれる。また、第４の任意的なコイル１４４も任意的な感知コイルと呼ばれる。
【００３８】
電力が、駆動回路１０４によって駆動コイル１２０、１２４に供給される。駆動回路は、電圧−電流増幅器１４８と、反転電流増幅器１５２とを含む。１つの実施形態において、コンピュータ（示されていない）は、適切な振幅および周波数を有する正弦波を生成し、コンピュータ内のデジタル−アナログコンバータは、この生成された正弦波からアナログ電圧を生成する。１つの実施形態において、正弦波の周波数は、１０ｋＨｚである。電圧−電流増幅器１４８は、１つに直列接続された導体１５６を介して駆動コイル１２０、１２４に電力を供給するために使用される電流にその電圧を変換する。１つの実施形態において、電流は、１００ｍＡである。電流リターン導体１６０が、反転電流増幅器１５２の出力端末に接続され、反転電流増幅器１５２の入力端末が、電圧−電流増幅器１４８の出力にも接続される。この構成は、バランスが保たれる、駆動コイル１２０、１２４の片側上に＋Ｖおよび駆動コイル１２０、１２４のもう片側上に−Ｖを生成する。
【００３９】
感知回路１０８は、第１のステージ増幅器１６４、加算接合１６８、第２のステージ増幅器１７２、およびオフセット補正回路１７６を含む。感知コイル１３２から受信された信号は、第１のステージ感知増幅器１６４への入力信号である。１つの実施形態において、この増幅器は、２５０のゲインを有する。第１のステージゲイン増幅器１６４の出力は、加算接合１６８への１つの入力である。加算接合１６８の出力は、第２のステージ増幅器１７２への出力である。１つの実施形態において、第２のステージ増幅器は、４００のゲインを有する。第２のステージ増幅器１７２の出力は、オフセット補正回路１７６への入力であり、かつコンピュータ（示されていない）に接続されたアナログ−デジタルコンバータ（示されていない）への入力である。
【００４０】
オフセット補正回路１７６は、第２のステージ増幅器１７２の出力を積分し、オフセット補正回路１７６の出力は、加算接合１６８への第２の入力である。オフセット補正回路１７６の出力は、負の傾斜信号を生成するために、正のオフセットに応じてフィードバック信号を提供する。
【００４１】
加算接合１６８への第３の入力は、ソフトウェア制御のバランス信号１８０である。コンピュータの第２のデジタル−アナログコンバータ（示されていない）によって生成されるこの信号は、感知コイル１２０、１２４の任意のアンバランスに対して補償する信号である。この補償機能を行うために、プローブ１００が開放空間を指すことが保持される。コンピュータ（示されていない）は、補償するバランス信号１８０を生成し、Ａ／Ｄコンバータを介して出力信号１８４の振幅および位相の変化を測定する。次に、コンピュータは、出力信号１８４をゼロにするために必要なバランス信号１８０のベクトル（振幅および位相）を計算する。
【００４２】
従って、バランシングプロセスは、システムからゼロに近い出力を得るために必要とされるバランス位相ベクトルを決定する。通常のバランシングが、存在する値を用いて始まる。事前の値なしに始まる場合に、入力を飽和させることを避けるために、最初により低い駆動電流を使用し、次に、必要な駆動電流でのバランシングを繰り返す必要があり得る。
【００４３】
システムは、元のバランス設定Ｂ０での応答Ｓ０を測定し、次に、少量でバランス位相ベクトルをＢ１に調整し、そして新しい応答Ｓ１を測定する。バランス出力から検出された入力へのカップリングが、
【００４４】
【化５】
2013512713.tif 000007
によって規定され、この式は、バランスへの応答の変化率であり、それゆえに、
【００４５】
【化６】
2013512713.tif 000008
のときに、新しいバランスが達成される。
【００４６】
代替的には、コンピュータは、バランス信号１８０を生成し、出力信号１８４を測定し、そして出力信号１８４がゼロになるまで反復的にバランス信号１８０を変更させ得る。
【００４７】
システムのノイズを減少させるために、任意的な感知コイル１４４が利用される。このコイル１４４は、駆動コイル１２０、１２４から離れて位置決めされ、概して、駆動コイル１２０からの磁束ではなく、動作ルーム内の磁束を検出する。この任意的なコイル１４４は、任意の周囲磁場が、感知コイル１３２での周囲磁場によって生成された電流と反対である、任意的な感知コイル１４４の電流を生成するように、感知コイル１３２と直列に接続されており、それによって、プローブ１００での周囲磁場の影響をキャンセルする。コイルが、他のコイルの影響をキャンセルするように構成される場合に、互いにキャンセルするコイルが、逆に巻かれ得、またはそれらの逆にされた出力および入力リード線を用いて直列に接続され得る。
【００４８】
さらに、図２Ａを参照すると、駆動コイル１２０、１２４および感知コイル１３２の機能が逆にされ得る。これが行われる場合に、これは、２つの感知コイル１２０’、１２４’が反対に接続され、かつ駆動コイル１３２’が２つの感知コイルの間に位置決めされる実施形態を形成する。感知コイル１２０’、１２４’は、駆動コイル１３２’からの磁場が、感知コイル１２０’、１２４’の各々の電流を生成し、その電流は、他の感知コイル１２４’、１２０’で生成された電流と同じ大きさ、かつ逆であるように構成される。任意的な感知コイル１４４は、この構成において必要とされない。
【００４９】
再び図２を参照すると、システムのノイズを減少させるために、コイル１２０、１２４への電力と、感知コイル１３２から感知電子部品１０８への信号とは、それぞれに、向上された磁場阻止のための、ねじれたカッドマイクロフォンケーブル１６２によって伝導される。感知コイル１３２に対してねじれた対が、明瞭のために示されていない。さらに、２つのねじれたカッドケーブルの両方は、導体が互いに対して動くことを防ぐ、長手方向に可撓性であるが、それでも横方向には剛性のシース内に埋め込まれる。
【００５０】
感知回路１０８からの出力信号１８４が、出力時系列を提供するために、コンピュータ１４のアナログ−デジタルコンバータによってデジタル化される。この時系列は、コンピュータ１４によって生成された出力系列に相関される。
【００５１】
特に、磁気粒子の検出は、サンプル化された入力波形を２つの正弦波形（１つが駆動と同相であり、もう１つが直交である）と相関させる必要がある。この結果は、位相ベクトルであり、複素数が、プローブ応答の振幅および位相を与え、
【００５２】
【化７】
2013512713.tif 000009
ここで、Ｖｉは、サンプル化された入力電圧であり、Ｃｉは、サンプル化された余弦波であり、Ｓｉは、サンプル化された正弦波であり、入力が、Ｎ個のサンプルの分割で処理される。
【００５３】
振幅
【００５４】
【化８】
2013512713.tif 000010
をシステムの表示として使用することが可能であり、（この場合において、磁気材料または導電性材料の両方が検出される）、または磁気成分のみを検出するために、識別位相ベクトルとの内積を使用することが可能である。導電性材料に誘起された渦電流が、印加された磁場と直交であり、その一方で、低周波数での磁気材料の磁化が印加された磁場と同相であるので、上記検出が機能する。従って、システムは、磁気材料だけではなく、単独にまたは磁化可能な材料と関連して導電性材料も検出するために使用され得る。多く金属片が非磁性であるので、上記機能は、体内の金属片を迅速に発見することにとって極めて重要である。この機能は、意図的に組織内に埋没された導電性材料、例えば、ステープルおよびねじを検出するのにおいても有用である。
【００５５】
より詳細に、導電性の磁化不可能な物体から検出された信号は、磁化可能な非導電性物体から検出された信号と直交している。導電性物体の場合において、感知コイルの電圧は、実際に、駆動コイルの電流と反対の位相であり、磁化可能な物体の場合において、感知コイルの電圧は、駆動コイルの電流と直交している。導電性物体の場合において、駆動コイルの電流は、比例した磁束（駆動コイルに対して０°）を生成し、磁束の変化率は、金属の電圧（駆動コイルに対して９０°）を誘起し、次に、電流（駆動コイルに対して９０°）を駆動し、この電流は、感知コイルの磁束（駆動コイルに対して９０°）を生成し、この磁束の変化率は、感知コイルの電圧（駆動コイルに対して１８０°）を誘起する。
【００５６】
使用時、プローブ１００が磁性または導電性粒子を有する結節により近く位置決めされるとき、１つの実施形態において、結果は、コンピュータによって、増大する周波数の可聴音および検出された磁場に比例するカウントのグラフィック表示として表示される。
【００５７】
図３を参照すると、外科手術の間に、外科医は、腫瘍１９０（図４）の付近に、磁性ナノ粒子の懸濁液を乳房に注射する（ステップ１００）。１つの実施形態において、ナノ粒子は、ＭＲＩコントラスト剤として使用されるものである。Ｆｅｒｉｄｅｘ（登録商標）（Ｂａｙｅｒ  ＨｅａｌｔｈＣａｒｅ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ、Ｍｏｎｔｖｉｌｌｅ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）またはＥｎｄｏｒｅｍＴＭ（Ｇｕｅｒｂｅｔ、パリ、フランス）は、磁気検出目的に適切であるＭＲＩコントラスト剤として一般的に使用される鉄酸化物である。センチネル節を探すために使用される場合に、磁性ナノ粒子（ただし、流体力学的径の分布を有する）は、多くのが、典型的に、５〜２００ｎｍ、そして好ましくは１０〜５０ｎｍの平均流体力学的径の大きさを有するように選択される。
【００５８】
一定期間の時間の後に、懸濁液は、乳房と同側の腋窩リンパシステム内に流れ出る。次に、外科医は、皮膚上にプローブ１００を設置し（ステップ１０４、図３）、磁性粒子が検出されるか否かを決定することによって、リンパ節２００（図４）を見つけるようとする（ステップ１０８）。見つけられない（ステップ１１２）場合に、外科医が、皮膚の表面上の別の場所にプローブ１００を設置することによって結節を探し続け、プロセスが繰り返される。磁性領域が検出される場合に、次に、外科医は、切開を作り（ステップ１１４）、プローブを用いて磁性粒子を有する結節を見つけるようとする（ステップ１１５）。結節が磁性ナノ粒子を蓄積している場合に、この結節はセンチネル節と考えられる（ステップ１１６）。次に、結節が切り取られる（ステップ１２０）。次に、外科医は、センチネル節でもあり得る追加の結節を探し（ステップ１２１）、そして終了した場合に、切除された結節を、癌の痕跡に対する組織検査法に送る（ステップ１２４）。
【００５９】
加えて、直径が２００ｎｍより大きい、好ましくは、１０００ｎｍより大きいナノ粒子を使用することによって、粒子は、注射されるところに留まる傾向がある。これは、外科医にとって、部位にマークを付けることに有用である。本明細書において３Ｄタトゥーイングと呼ばれるこのタイプのマーキングは、外科医に、外科手術の前に領域内のさまざまな部位の位置決めをし、後に、プローブを使用することによる外科手術の間に、それらの部位に戻り、および見つけることを可能にする。
【００６０】
例えば、この技術は、補助療法治療の前に、腫瘍床のエッジにマークを付けるために使用され得る。化学療法の間に、腫瘍が収縮する際に、縁がなお見つけることが可能であり、その結果、組織が、例えば、腫瘍が触知可能でなくても除去され得る。同様に、３Ｄタトゥーは、生検のポイントを見つけるために使用され得、その結果、生検が癌性腫瘍を開示する場合に、生検の正確な部位が決定され得る。最後に、この技術は、触知可能な腫瘍が触ることができない場合、例えば、ＤＣＩＳ（上皮内腺管癌）の場合に使用するのに適切である。この３Ｄタトゥーイングの使用に対して、臨床医は、外科医の関心ある領域における１つ以上の部位に、少量の、２００ｎｍより大きい、好ましくは、１０００ｎｍより大きいサイズを有する磁性ナノ粒子を注入する。外科手術の間に、外科医は、前述のプローブを用いてこれらの粒子を検出し得る。
【００６１】
図５を参照すると、本発明のシステムは、生物学的状況またはその他における磁性材料の長期的性質を研究するために、使用され得る。１つの実施形態において、本発明のプローブ１００’は、大きさが減少され、むしろユーザーによって保持される、接着剤２５８で関心の物体２５４に取り付けられる小さなカプセル２５０内に設置される。カプセル２５０はまた、電源バッテリー２６２、プローブ電子部品１６’、マイクロプロセッサおよび送信器２６６、並びにアンテナ２７０を収容する。プローブ電子部品１６’の出力は、マイクロプロセッサ２６６によってデジタル化され、データが、アンテナ２７０を用いて、受信するホストコンピュータシステム（示されていない）に送信される。１つの実施形態において、受信するホストコンピュータは、磁性材料の存在を信号で送る。この実施形態は、例えば、患者または物体が、ワイヤによってコンピュータシステム１４につなげられることを要求せずに、磁性粒子の挙動を追跡するのに有用である。
【００６２】
図６を参照すると、本発明のシステムは、磁性材料の長期的性質を研究するために使用され得、または、受信するホストコンピュータシステムを要求せずに、外科手術のプローブとして使用され得る。１つの実施形態において、本発明のプローブ１００’が、手で保持するのに適切なハウジング２５１内に設置される。ハウジング２５１はまた、電源バッテリー２６２、プローブ電子部品１６’、マイクロプロセッサ２６７、およびディスプレイユニット２７１を収容する。プローブ電子部品１６’の出力は、マイクロプロセッサ２６７によってデジタル化され、かつ処理され、結果が、ディスプレイユニット２７１によって表示される。さまざまな実施形態におけるこのディスプレイユニットは、可視ディスプレイ、可聴ディスプレイ（例えば、それがより大きな音になる）、または振動触覚ディスプレイ（例えば、プローブが磁性または導電性材料に接近するときに、それがより振動する）を含む。
【００６３】
本発明の図面および説明が、本発明の明確な理解のために、同等物である要素を簡単にし、または例示し、その一方で、明瞭の目的のために、他の要素を削除することが理解されるべきである。しかしながら、当業者は、これらの要素および他の要素が所望であり得ることを認識する。しかしながら、このような要素が当技術分野に周知であり、それらが本発明のよりよい理解を容易にさせないので、このような要素の議論が、本明細書に提供されない。図面が、構成の図面としてではなく、例示的な目的のために存在することが認識されるべきである。省略された詳細および変更または代替的な実施形態は、当業者の所見範囲内にある。
【００６４】
本発明のある局面において、要素または構造を提供し、または所与の機能または複数の機能を行うために、所与の機能または複数の単一の部品が、複数の部品によって取り替えられ得、複数の部品が単一の部品によって取り替えられ得ることが認識され得る。このような代用物が、本発明のある実施形態を実行するために動作しない以外、このような代替物が本発明の範囲内と考えられる。
【００６５】
本明細書に示される例は、本発明の潜在的、および具体的な実装を例示するように意図される。例が、当業者に対する本発明の例示の目的のために主に意図されることが認識され得る。本発明の精神から逸脱することなしに、本明細書に説明されたこれらのダイヤグラムへのバリエーションまたは動作があり得る。例として、ある場合に、方法のステップまたは動作が、異なる順序で行われ、または実行され得、または動作が加えられ、削除され、または変更され得る。
【００６６】
さらに、本発明の特定の実施形態が、本発明を限定する目的のためではなく、本発明を例示する目的のために説明されるが、詳細、材料、要素の配列、ステップ、構造、および／またはパーツの数多くのバリエーションが、請求範囲に説明されるような本発明から逸脱することなしに、本発明の原理および範囲内に加えられ得ることが、当業者によって認識される。
【００６７】
本明細書に説明されたものバリエーション、変更、および他の実装は、請求されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、当業者にとって発生する。従って、本発明は、前の例示的な説明ではなく、代わりに以下の請求項の精神および範囲によって規定されるべきである。 
【図１】
2013512713.tif 000011
【図２】
2013512713.tif 000012
【図２Ａ】
2013512713.tif 000013
【図３】
2013512713.tif 000014
【図４】
2013512713.tif 000015
【図５】
2013512713.tif 000016
【図６】
2013512713.tif 000017
【国際調査報告】
2013512713.tif 000018
2013512713.tif 000019
2013512713.tif 000020
2013512713.tif 000021