(57)【要約】医療用撮像システム（２）は、送信アンテナおよび複数の受信アンテナを含むマイクロ波アンテナアレイ（６）であって、送信アンテナは患者の身体部分を照射するようにマイクロ波信号を送信するように構成され、受信アンテナは身体部分内での散乱に続いて前記マイクロ波信号を受信するように構成される、マイクロ波アンテナアレイと、散乱したマイクロ波信号を処理し、身体部分内のターゲットを識別するために身体部分の内部構造を示す出力を生成するように構成されたプロセッサ（４）と、ターゲットの部位にマーカを埋め込むための送達針を備える送達デバイス（８）であって、マイクロ波アンテナアレイに対して移動可能である、送達デバイスを備える。受信アンテナは、送達針が散乱または放出したマイクロ波信号を受信するようにさらに構成され、プロセッサは、送達針が身体部分内のターゲットに案内されるときに送達針の位置を監視するようにさらに構成される。【選択図】図１
2020531075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナおよび複数の受信アンテナを備えるマイクロ波アンテナアレイであって、
前記送信アンテナは患者の身体部分を照射するようにマイクロ波信号を送信するように構成され、前記受信アンテナは前記身体部分内での散乱に続いて前記マイクロ波信号を受信するように構成される、マイクロ波アンテナアレイと、
前記散乱したマイクロ波信号を処理し、前記身体部分内のターゲットを識別するために前記身体部分の内部構造を示す出力を生成するように構成されたプロセッサと、
前記ターゲットの部位にマーカを埋め込むための送達針を備えた送達デバイスであって、前記マイクロ波アンテナアレイに対して移動可能である、送達デバイスと、
を備える、医療用撮像システムにおいて、
前記送達針は、マイクロ波信号を放出するように構成され、
前記受信アンテナは、前記送達針が放出した前記マイクロ波信号を受信するようにさらに構成され、
前記プロセッサは、前記送達針が前記身体部分内の前記ターゲットに案内されるときに前記送達針の位置を監視するようにさらに構成される、医療用撮像システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記送達針を前記身体部分内の前記ターゲットに案内するようにさらに構成される、請求項１に記載の医療用撮像システム。
【請求項３】
前記マイクロ波アンテナアレイが基板上に形成され、前記基板は、前記身体部分へのアクセスを提供するために、前記送達針を受容するように構成された１つ以上の開口部を備える、請求項１または請求項２に記載の医療用撮像システム。
【請求項４】
前記開口部は、円錐状である、請求項３に記載の医療用撮像システム。
【請求項５】
前記開口部には、密封ガスケットが設けられる、請求項３または請求項４に記載の医療用撮像システム。
【請求項６】
前記開口部が１つ以上のスロットを備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項７】
前記基板は、複数の前記開口部を備え、前記プロセッサは、前記送達針を導入するために前記複数の開口部のうちの１つを選択するように構成される、請求項２〜５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項８】
前記送達デバイスが、前記マイクロ波アンテナアレイに対して前記送達デバイスを操作するように構成された関節アーム上に取り付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項９】
前記関節アームがロボットアームである、請求項８に記載の医療用撮像システム。
【請求項１０】
前記送達針は、前記マイクロ波信号を送信する同軸給電線を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１１】
前記マーカは、前記送達針の先端に設けられたマイクロ波マーカであり、前記プロセッサは、前記マーカが埋め込まれる前に前記身体部分内の前記ターゲットに案内されるとき、前記マーカを使用して前記送達針の位置を監視するように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記ターゲットを識別するときに第一のデータ取得および解析操作を実行し、前記送達針を案内するときに第二のデータ取得および解析操作を実行するように構成され、前記第二のデータ取得および解析操作は、前記第一のデータ取得および解析操作よりも高速である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１３】
マーカ検出器をさらに備え、前記マーカ検出器は、外科処置中に前記ターゲットを位置特定するために、前記ターゲットの部位に前記マーカが埋め込まれた後に前記マーカを検出するように構成される、医療用撮像システム。
【請求項１４】
前記マーカが磁気マーカである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１５】
前記マーカが電磁マーカである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１６】
前記マーカが生分解性である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１７】
前記送達針は、前記ターゲットから生検を抽出するように構成される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１８】
マイクロ波アンテナアレイの送信アンテナによって放出されるマイクロ波信号で患者の身体部分を照射するステップと、
前記マイクロ波アンテナアレイの複数の受信アンテナにおいて前記身体部分内で散乱した後の前記マイクロ波信号を受信するステップと、
前記散乱したマイクロ波信号を処理して、前記身体部分の内部構造を示す出力を生成するステップと、
前記出力から前記身体部分内のターゲットを識別するステップと、
マイクロ波信号を放出するように構成された送達針を提供するステップと、
前記送達針を前記身体部分内の前記ターゲットに案内することを、前記受信アンテナを使用して前記送達針が散乱または放出した前記マイクロ波信号を監視することによって行うステップと、
前記送達針を介して前記ターゲットの部位にマーカを埋め込むステップ
を含む、医療用撮像方法。
【請求項１９】
前記ターゲットから生検を抽出するステップをさらに含む、請求項１８に記載の医療用撮像方法。
【請求項２０】
前記生検は、前記マーカが埋め込まれる前に、前記送達針を使用して前記ターゲットから抽出される、請求項１９に記載の医療用撮像方法。
【請求項２１】
前記送達針は、前記生検を抽出するステップと前記マーカを埋め込むステップとの間に、前記身体部分から除去されない、請求項２０に記載の医療用撮像方法。
【請求項２２】
外科用デバイスを前記ターゲットに案内するために、後続の外科処置中に前記マーカを使用して前記ターゲットを位置決めするステップをさらに含む、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の医療用撮像方法。
【請求項２３】
前記マーカは、マーカ検出器を使用して位置決めされる、請求項２２に記載の医療用撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用撮像システムおよび方法に関し、特に、これに限定されるものではないが、埋め込み可能なマーカをターゲットに案内することを組み込んだ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体を検査するための各種医療用撮像技術が知られている。このような撮像技術は、腫瘍または病変のような異常を識別するために、組織および臓器を調べるために使用され得る。例えば、Ｘ線（マンモグラフィ）、マイクロ波撮像、超音波、ＭＲＩは全て一般的な撮像モダリティである。このような技術は、乳房組織の検査に一般的に使用されるが、肝臓、膵臓、前立腺、甲状腺、肺、卵巣およびリンパ節のような体の他の領域においても使用され得る。
【０００３】
一旦識別されると、腫瘍のようなターゲットは、外科的切除のような適切な処置を使用して治療され得る。
【０００４】
十分な切除縁を確保しながら腫瘍を完全に除去するためには、ターゲットの精密で正確な位置特定がきわめて重要である。腫瘍が完全に切除されない場合、患者は残存する癌組織を全て除去するためにさらなる手術を受ける必要がある。精密で正確な位置特定は、また、美容的に逆効果をもたらし得る過剰な乳房組織の切除を防止するのに役立つ。
【０００５】
ワイヤ誘導式位置特定（ＷＧＬ）、放射線誘導式潜在病変位置特定（ＲＯＬＬ）、および放射性シード位置特定（ＲＳＬ）などの技術を使用して、外科医が病変を位置特定するのに役立つマーカを提供することができる。しかしながら、これらの技術は、最初の識別の後に正確に再配置されるターゲットに依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、ターゲットの部位におけるマーカの配置の精度を改善するシステムを提供することを模索する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、医療用撮像システムが提供され、このシステムは、送信アンテナおよび複数の受信アンテナを備えるマイクロ波アンテナアレイであって、送信アンテナは、患者の身体部分を照射するようにマイクロ波信号を送信するように構成され、受信アンテナは、身体部分内での散乱に続いて前記マイクロ波信号を受信するように構成される、マイクロ波アンテナアレイと、散乱したマイクロ波信号を処理し、身体部分内のターゲットを識別するために身体部分の内部構造を示す出力を生成するように構成されたプロセッサと、ターゲットの部位にマーカを埋め込むための送達針を備える送達デバイスであって、マイクロ波アンテナアレイに対して移動可能である、送達デバイスを備える。受信アンテナは、送達針が散乱または放出したマイクロ波信号を受信するようにさらに構成され、プロセッサは、送達針が身体部分内のターゲットに案内されるときに送達針の位置を監視するようにさらに構成される。
【発明の効果】
【０００８】
プロセッサは、送達針を身体部分内のターゲットに案内するようにさらに構成され得る。
【０００９】
マイクロ波アンテナアレイは、基板上に形成され得る。基板は、身体部分へのアクセスを提供するために送達針を受容するように構成された１つ以上の開口部を備え得る。
【００１０】
開口部は、円錐状のこともあり得る。
【００１１】
開口部には、密封ガスケットが設けられ得る。
【００１２】
開口部は、１つ以上のスロットを備え得る。
【００１３】
基板は、複数の前記開口部を備え得、プロセッサは、送達針を導入するために複数の開口部のうちの１つを選択するように構成され得る。
【００１４】
送達デバイスは、アンテナアレイに対して送達デバイスを操作するように構成された関節アーム上に取り付けられ得る。
【００１５】
関節アームは、ロボットアームのこともあり得る。
【００１６】
送達針は、受信アンテナによって受信されるマイクロ波信号を放出するように構成され得る。
【００１７】
送達針は、マイクロ波信号を送信する同軸給電線を備え得る。
【００１８】
マーカは、送達針の先端に設けられたマイクロ波マーカであり得、プロセッサは、マーカが埋め込まれる前に身体部分内のターゲットに案内されるとき、マーカを使用して送達針の位置を監視するように構成され得る。
【００１９】
プロセッサは、ターゲットを識別するときに第一のデータ取得および解析操作を実行し、送達針を案内するときに第二のデータ取得および解析操作を実行するように構成され得て、第二のデータ取得および解析操作は、第一のデータ取得および解析操作よりも高速である。
【００２０】
システムは、マーカ検出器をさらに備え、マーカは、外科処置中にターゲットを位置決めするために、ターゲットの部位にマーカが埋め込まれた後にマーカを検出するように構成され得る。
【００２１】
マーカは、磁気マーカのこともあり得る。
【００２２】
マーカは、マイクロ波マーカなどの電磁マーカのこともあり得る。
【００２３】
マーカは、生分解性のこともあり得る。
【００２４】
送達針は、ターゲットから生検を抽出するように構成され得る。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、医療用撮像方法が提供され、この方法は、マイクロ波アンテナアレイの送信アンテナが放出したマイクロ波信号で患者の身体部分を照射するステップと、マイクロ波アンテナアレイの複数の受信アンテナにおいて身体部分内で散乱した後のマイクロ波信号を受信するステップと、散乱したマイクロ波信号を処理して、身体部分の内部構造を示す出力を生成するステップと、出力から本体部分内のターゲットを識別するステップと、送達針を身体部分内のターゲットに案内することを、受信アンテナを使用して送達針が散乱または放出したマイクロ波信号を監視することによって行うステップと、送達針を介してターゲットの部位にマーカを埋め込むステップを含む。
【００２６】
この方法は、ターゲットから生検を抽出するステップをさらに含み得る。
【００２７】
生検は、マーカが埋め込まれる前に、送達針を使用してターゲットから抽出され得る。
【００２８】
送達針は、生検を抽出するステップとマーカを埋め込むステップとの間に、身体部分から除去されないこともあり得る。
【００２９】
この方法は、外科用デバイスをターゲットに案内するために、後続の外科処置中にマーカを使用してターゲットを位置決めするステップをさらに含み得る。
【００３０】
マーカは、マーカ検出器を用いて位置決めされ得る。
【００３１】
本発明をより良く理解し、本発明をどのように実施すし得るかをより明確に示すために、例として、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による医療用撮像システムのシステム図である。
【図２】医療用撮像システムの実施例の概略側面図である。
【図３】医療用撮像システムの撮像部分の概略図である。
【図４】サンプリング方法を示すフローチャートである。
【図５】医療用撮像システムのアンテナシェルの斜視断面図である。
【図６】医療用撮像システムに使用される代替アンテナシェルの斜視図である。
【図７】図６のアンテナシェルを備えるアセンブリの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態による医療用撮像システム２を示す。医療用撮像システムは、一般に、プロセッサ４と、プロセッサ４と通信するマイクロ波アンテナアレイ６と、プロセッサ４と通信する送達デバイス８とを備える。
【００３４】
図２に示すように、マイクロ波アンテナアレイ６は、患者が腹臥位で横たわるテーブル１０の一部を形成し得る。送達デバイス８は、テーブル１０に接続されるか、あるいはそうでなければ、テーブル１０に対して固定位置または既知の位置に配置される。送達デバイス８は、送達針１４を支持する関節アーム１２を備える。関節アーム１２によって、送達針１４をアンテナアレイ６に対して操作することが可能になる。
【００３５】
図３に示すように、アンテナアレイ６は、シェル基板１８の表面全体にわたって、またはその内部に配置される複数のＮ個のアンテナ１６を備える。シェル１８は、図示のように湾曲したプロファイルを有する。特に、シェル１８は、部分または半球状であり、乳房の形状に近似するように構成される。アンテナ１６は、その全てが共通の焦点を指すように、シェル１８全体にわたって配置される。
【００３６】
アンテナ１６は、それぞれがスイッチングマトリクス２０に電気的に接続される。スイッチングマトリクス２０は、送信経路と受信経路の両方に接続される。送信経路は、増幅器２４に結合された信号発生器２２を備える。受信経路は、検出器２８およびプロセッサ４に結合された増幅器２６を備える。
【００３７】
スイッチングマトリクス２０は、アンテナ１６のそれぞれを送信経路または受信経路のいずれかに選択的に結合する。
【００３８】
アンテナアレイ６は、マルチスタティック方式で動作する。具体的には、スイッチングマトリクス２０は、アンテナ１６のうちの１つを送信経路に接続し、残りのアンテナ１６を受信経路に接続するように制御される。信号発生器２２は、ステップ周波数連続波（ＣＷ）信号を発生し、この信号は増幅器２４によって増幅された後、送信経路に接続されたアンテナ１６によって送信される。ステップ周波数連続波信号は、連続波エネルギーの逐次パルス系列であり、各パルスは、典型的には３〜８ＧＨｚの範囲内の周波数範囲にわたってステップアップされた周波数を有する。他のアンテナ１６は、送信された信号を受信し、受信された信号は、プロセッサ４によって検出され、次いで記録される。
【００３９】
図４は、データ取得方法のフローチャートを示す。図示のように、スイッチングマトリクス２０は、Ｎ個のアンテナのうちの１つのアンテナｍを送信経路に接続する。他の全てのアンテナ１６（ｎ＝１．．．Ｎ、ｎ≠ｍ）は、受信経路に接続され、送信された信号を（場合によっては、時分割配置で）検出する。ｍ≠Ｎの場合、スイッチングマトリクス２０は、送信経路に接続される次のアンテナ１６（ｍ＝ｍ＋１）に進む。これは、全てのアンテナ１６が送信経路に接続されるまで繰り返される。取得プロセスは、アンテナアレイ６を並進移動させて（すなわち、その回転軸を中心に回転させて）繰り返され得る。これによって、検出された信号から固定誤差をキャンセルできることがあり得る。
【００４０】
再び図３を参照すると、シェル１８はカップ３０を収容する。カップ３０は、シェル１８に対して相補的な形状を有し、シェル１８内にぴったりと嵌合する。
【００４１】
カップ３０の外側およびシェル１８の内側は、カップ３０とシェル１８との間のねじ係合を可能にするために、ネジ部を有し得る。カップ３０とシェル１８との間のねじ係合は、前述したように、乳房３６に対してアンテナアレイ６を並進させるために使用され得る。
【００４２】
信号損失を最小限に抑え、したがって、マイクロ波信号の送信を改善するために、結合流体（誘電率制御流体）の層をシェル１８とカップ３０の間の隙間３１に挿入して、アンテナ１６とカップ３０の間の結合を改善し得る。
【００４３】
図５に示すように、シェル１８は、シェル１８の表面全体にわたって分布された複数のアパーチャ３２を備える。各アパーチャ３２は、シェル１８の厚さを貫通して延び、アパーチャ３２がシェル１８の外面よりも内面で広くなるように先細になっている。したがって、アパーチャ３２は円錐台形である。各アパーチャ３２には、密封ノズルまたはガスケット３４が設けられている。ガスケット３４は、結合流体がアパーチャ３２を通って漏れるのを防止するために設けられている。カップ３０は、また、シェル１８の外部からカップ３０の内部へのアクセスを提供するために、一組の対応するアパーチャを備える。
【００４４】
使用時には、患者は、患者の乳房３６がカップ３０内に着座するように、腹臥位でテーブル１０上に横たわる。カップ３０と乳房３６との間の隙間３５には、アンテナ１６と乳房３６との間の結合を改善するために、結合流体の層も設けられ得る。
【００４５】
図示されていないが、カップ３０の内面と乳房３６との間のより良く適合できるようにするために、１つ以上のインサートがカップ３０の内側に配置され得る。例えば、それぞれが異なる形状およびサイズを有する複数のこのようなインサートを設けて、システムを異なる形状およびサイズの乳房により良く適合させ得る。インサートは、カップと同じ材料（例えば、セラミック）から作成され得る。
【００４６】
送信経路に接続されたアンテナ１６は、マイクロ波信号で乳房３６を照射する。信号は、乳房組織によって散乱され、散乱された信号は、非送信アンテナ１６のそれぞれで受信され、そこで検出され、記録される。このプロセスは、図４に示すデータ取得方法を参照して前述したように、各アンテナ１６について繰り返される。
【００４７】
プロセッサ４は、（実数部および虚数部を有する）複素数として記録された散乱信号の位相および振幅と比較して、送信信号の測定された位相および振幅との間の相対差を記録し得る。
【００４８】
各アンテナ１６で検出される信号は、一般的に、３つの成分からなり、その３つは、送受信アンテナ１６の間の相互結合から生じる成分と、乳房の皮膚３６を反射する放射線から生じる成分と、乳房内の構造（例えば、腫瘍）を反射する放射線から生じる成分である。腫瘍は、その含水量が有意であるために、脂肪組織よりもはるかに高い誘電特性を示すので、識別可能な反射を生成することができる。相互反射成分および皮膚反射成分は、乳房内の腫瘍の存在から生じる反射の検出能力を改善するために、データセットから除去され得るか、または少なくとも軽減され得る。
【００４９】
取得されたデータセットは、乳房３６の内部構造の画像を構成するためにプロセッサ４によって使用され得る。データ再構成は、フェーズドアレイ（周波数領域）、遅延和（ＤＡＳ−時間領域）技術、または任意の他の適切な技術を使用して実行され得る。これから、プロセッサ４は、可能性のある腫瘍または他の病理が存在し得る関心領域（存在する場合）を（おそらく、追加のユーザ入力または確認を用いて）識別することができる。腫瘍または他の病理の存在は、関心領域から生検を採取することによって確認され得る。
【００５０】
プロセッサ４（および任意の後続の生検または他の分析）がターゲットを識別すると、送達デバイスは、ターゲットの部位（すなわち、ターゲット内の部位またはターゲットに隣接する部位）にマーカを送達するために使用され得る。特に、プロセッサ４は、送達針１４をターゲットにアクセスするための所望の位置および向きに配置するように、関節アーム１２を案内し得る。関節アーム１２は、プロセッサ４によって提供される座標に基づいて、送達針１４を必要な位置および向きに操作することができるように、ロボットアームのこともあり得る。代替として、関節アーム１２は、ユーザによって作動され得るが、適切なセンサを介して、ユーザまたはプロセッサ４に、その現在の位置のフィードバックを提供し、その結果、関節アーム１２は、適切な位置および向きに導かれ得る。更なる代替として、関節アーム１２は不要とされ得、送達針１４自体が、センサを介して、プロセッサ４またはユーザに、その現在の位置および向きに関するフィードバックを提供する。
【００５１】
前述のように、シェル１８は、送達針１４のために乳房３６へのアクセスを提供する複数のアパーチャ３２を備える。
【００５２】
プロセッサ４は、マーカを送達するための最も適切なアパーチャ３２を決定し得る。特に、プロセッサ４は、ターゲットに最も近いアパーチャ３２を決定し得る。前述したように、アパーチャ３２は、円錐台形であり、送達針１４を、ある角度範囲でアパーチャ３２を通して導入することができる。
【００５３】
送達針１４が、関心領域にアクセスするための適切な位置および向きに案内されると、送達針１４を乳房３６内に挿入して、ターゲットに向けることができる。アンテナアレイ６は、マイクロ波信号で乳房３６を再び照射し、送達針１４からの散乱信号を検出することによって、針がターゲットと一致することを確認するために使用することができる。具体的には、プロセッサ４は、画像を更新することによって、マーカを最終的に配置する前に、送達針１４が適切に配置されていることを確認し得る。乳房３６の画像（または関連部分のみ）は、送達針１４がターゲットに向かって乳房３６内（および、適切な場合にはターゲット内）を通過するときに更新され得る。
【００５４】
送達針１４の案内中、プロセッサ４は、速度および空間内にある既知の物体のマッピングを最適化するために、実行される信号処理を調整し得る。針電極１４の案内中にプロセッサによって実行されるデータ取得および分析は、関心領域を最初に識別する目的のための撮像中よりも速いこともあり得る。
【００５５】
針電極１４がターゲット領域に、またはターゲット領域内に配置された状態で、送達デバイス８は、送達針１４を介してマーカを送達し得る。
【００５６】
マーカが生検の直後で、結果が分かる前に配置される場合、マーカは典型的には生分解性である。したがって、生検の結果が非癌性病変を示す場合、マーカを体内に残して生分解させることができ、そうでなければ、マーカは手術中の病変位置特定に使用されるであろう。
【００５７】
代替として、生検結果が最初に評価され得て、患者は、病変が再配置され、結果が癌性である場合にマーカを送達するために、２回目の撮像処置のみを受ける。
【００５８】
送達針は、必要であれば、組織の皮膚に追加の穿刺創傷を作る必要なしに、マイクロ波画像による案内の下で、追加のマーカを送達するように操作され得る。
【００５９】
病変の除去のためのその後の外科的処置において、外科医は、マーカ検出器を用いて病変位置に案内される。
【００６０】
マーカは、任意の公知のマーカであり得る。例えば、マーカは、従来のＲＯＬＬまたはＲＳＬ処置で使用されるものなどの放射性トレーサーまたは放射性シードのこともあり得る。このようなマーカでは、マーカ検出器は、携帯型ガンマプローブ等である。マーカは、ワイヤ誘導式位置特定システムの一部を形成することすらあり得る。
【００６１】
代替として、マーカは、磁気マーカまたは電磁マーカのこともあり得る。例えば、マーカは、強磁性またはフェリ磁性のことも、あるいは永久磁気特性を示すこともあり得る。半径０．５ｍｍ、長さ３ｍｍの小さな円筒形永久磁石からの漂遊磁場は、例えば、乳房の外側で検出することができ、病変の位置を特定するために使用することができる。
【００６２】
そのような磁気マーカの検出システムは、病変マーカと任意の外科用デバイスとの両方の位置および向きの読出しを提供することができる磁場センサの外部基準フレームワークに基づき得る。例えば、磁気センサのアレイ（典型的には、磁気抵抗センサまたはフラックスゲート磁力計）は、マーカ磁石からの漂遊磁場の大きさおよび方向を測定するために使用され得る。次いで、逆問題を解いて、マーカおよび任意の外科用デバイスの位置および向き（１ｍｍ以内）を計算することができる。代替として、外科用デバイスの位置は、他の手段によって読み取られ得る。マグネット追跡のための商業製品は、Ｍａｔｅｓｙ  Ｇｍｂｈ社から入手可能なもののように当業者に知られているので、ここではさらに詳しく説明しない。
【００６３】
外科的処置の間、外科医は、最適な外科的アプローチを案内して、実行できるように、外科用デバイスとマーカとの相対的位置を示す視覚的および聴覚的信号を提示され得る。
【００６４】
代替として、磁気マーカは、外科医が操作して病変マーカの位置を特定し、外科用デバイスを対話式に案内する携帯型磁場プローブを使用して検出され得る。
【００６５】
このようなプローブは、典型的には、プローブ先端にフラックスゲート磁力計のような三軸磁場センサを組み込んでいる。このようなセンサからの情報は、マーカの位置を一意的に決定するには不十分であるが、携帯型ガンマプローブと同様に、音声フィードバックを有する近接プローブとして使用することができる。
【００６６】
ＡＣ磁化率測定に基づく他のプローブタイプも使用することができる。
【００６７】
永久磁石材料は強い磁場を生成する一方で、また潜在的に毒性があり、生分解性でないので、手術中に除去されねばならない。前述したように、特に生検採取とマーカが同時に挿入される場合には、生分解性材料を利用することが好ましい場合がある。したがって、マグネタイトをベースとする磁性ナノ粒子などの生分解性磁性材料を使用することができ、これは典型的には臨床使用に安全である。磁性ナノ粒子は、前述のように、生分解性マトリックス中にカプセル化され、送達針を使用して挿入され得る。
【００６８】
代替として、マーカは、電磁マーカ、特に、レーダプローブを使用して配置されるマイクロ波マーカのこともあり得る。
【００６９】
マイクロ波マーカは、典型的には、以下の特徴、
・周囲組織にわたる全体的なマイクロ波散乱振幅の増大
・周波数の強い関数であるマイクロ波散乱（連続波レーダは、周波数の関数として散乱を測定するのに適している）
・散乱異方性（半球状アンテナアレイ６は、広い立体角にわたる散乱を特徴付けることができる）
のうちの１つ以上を有する。
【００７０】
マーカは、案内するために迅速に特性評価を行うことができる特有のレーダシグネチャを有するべきである。例えば、マーカは、
・無線周波数識別タグ
・マイクロ波メタマテリアル
・フェライトなどのＵＷＢ帯域内で強磁性またはフェリ磁性共鳴の材料
を含み得る。
【００７１】
マイクロ波マーカでは、マイクロ波レーダプローブは、身体部分の画像を形成する必要はなく、単に、プローブに対するマーカの位置および向きを外科医に示す。
【００７２】
送達針は、典型的に、強いマイクロ波散乱信号を一般的に提供する鋼で作られるので、信頼性高く配置することができる。しかしながら、送達針は組織を通過する際に曲がることも、および／または散乱信号が周囲の組織によって修正されることもあり得る。これらのより複雑な場合のいずれかを可能にするために、送達針は、より容易に識別可能であるように修正され得る。特に、送達針は、針先端の位置および全体的な向きをより正確に決定するために、マイクロ波レーダによってより容易に区別される案内マーカを備え得る。
【００７３】
案内マーカは、前述のように、アンテナ１６が生成したマイクロ波信号を散乱させる受動マーカのこともあり得る。案内マーカは、一旦正確に配置されると、ターゲットの部位に埋め込まれる位置特定マーカによって形成され得る。
【００７４】
代替として、送達針１４自体が、アンテナ１６の生成した信号を散乱させるのではなく、マイクロ波信号を放出し得る。例えば、送達針１４は、針の先端に信号を供給する一体化された同軸給電線を有し得る。代替として、送達針１４は、一体化されたマイクロ波源を備え得る。
【００７５】
したがって、アンテナアレイ６のアンテナ１６は、全て（またはアンテナ１６のサブセット）が、送達針１４の放出する信号を受信するように作用する。送達針１４を信号源として使用することにより、各アンテナ１６を送信経路に順次接続する必要がなくなり、したがって、スキャン時間を大幅に短縮することができ、潜在的に、リアルタイム動作が可能になる。
【００７６】
送達針１４は、ターゲットに自動的に案内されるものとして説明されてきたが、代わりに、手動で案内され得て、その際に、その位置が身体部分の内側で追跡され、ターゲットの位置とともに身体部分のモデル上に表示され、その結果、ターゲットに向かって案内され得る。送達針の端部から延びるベクトルを画像上に投影して、針の軌跡を示し得ることで、臨床医が針をターゲットに向かって案内するのを助けることができる。画像は、針がターゲットに向かって移動するにつれて繰り返し更新され得る。
【００７７】
シェル１８は、乳房へのアクセスを提供するための複数の円錐台形のアパーチャ３２を有するものとして説明されてきたが、他の構成も使用され得る。特に、シェル１８は、複数の円周方向スロットを有し得る。スロットの角度間隔は、アンテナアレイ６の利用可能な角度回転に対応する。各スロットは、回転中に、あるボリュームの組織にアクセスでき、このボリュームの組織は、針の配置にいくつかの選択肢を提供するために、通常、隣接するスロットとある程度重なり合う。
【００７８】
特に、図６は、アンテナアレイ６が１８０°にわたって回転可能である場合に使用され得るシェル１１８の代替実施形態を示す。シェル１１８は、シェル１１８の各側から回転軸を通過する単一のスロット１３２（または回転軸に不連続性を有する直径方向に対向する２つのスロット）を備える。シェル１１８は、１８０°にわたって回転可能であり、スロット１３２は、送達針１４が乳房３６全体にアクセス可能にできるようになっている。
【００７９】
図７に示すように、シェル１１８は、カップ１３０と、必要に応じてインサート１３８とともに使用される。カップ１３０は、シェル１１８と相補的な形状を有し、シェル１１８内にぴったりと嵌合すると、インサート１３８は、カップ１３０内にぴったりと嵌合するように、カップ１３０と相補的な形状を有する。
【００８０】
カップ１３０には、シェル１１８のスロット１３２に対応するスロット１４０が設けられている。同様に、インサート１３８には、シェル１１８のスロット１３２に対応するスロット１４２が設けられている。カップ１３０、および使用される場合には、インサート１３８は、シェル１１８、カップ１３０、およびインサート１３８のスロット１３２、１４０、１４２が全て互いに整列するように、シェル１１８内に配置される。したがって、スロット１３２、１４０、１４２は、シェル１１８の外部から乳房３６へのアクセスを提供する。カップ１３０およびインサート１３８は、シェル１１８に接続されて、相対的な回転を防止し、したがって、スロット１３２、１４０、１４２を整列して維持する。特に、カップおよびインサートには、シェル１１８に対する回転を防止する位置決めタブを備え得る。
【００８１】
先の実施形態に関して説明したように、シェル１１８とカップ１３０との間の隙間に、またカップ１３０とインサート１３８との間の隙間に、結合流体の層を挿入することができる。スロット１３２、１４０、１４２には、結合流体の漏れを防ぐためにガスケットが取り付けられ得る。
【００８２】
シェル１１８を乳房３６に対して回転させるために、使い捨てトレイ１４４が使用される。トレイ１４４は、ＰＥＥＫ、ＨＩＰＳ、ＰＥＴなどの生体適合性ポリマーから作製される。トレイは、下にあるカップ１３０またはインサート１３８に適合するように湾曲した中央部分１４６を含む。特に、中央部分１４６は、部分であっても半球状であってもよい。使い捨てトレイは、各利用可能なインサート（およびカップ）の内部寸法にそれぞれ対応する異なるサイズで提供され得、その結果、下にある表面への低コンプライアンス適合が達成される。平坦なリム１４８が中央部分１４６から延びている。中央部分１４６上の材料の厚さは、平坦なリム１４８の厚さよりも薄いこともあり得る。したがって、平坦なリム１４８は、使い捨てトレイ１４４に構造的剛性を提供し得、一方、薄い中央部分１４６は、カップ／インサートと患者との間の整合界面の誘電特性を確実に乱さないようにする。
【００８３】
使い捨てトレイ１４４は乳房３６に対して静止状態に保持され、シェル１１８、カップ１３０およびインサート１３８は回転して、マーカを挿入する乳房３６上の所望の位置に、スロット１３２、１４０、１４２を適切に整列させる。使い捨てトレイ１４４には、アンテナアレイ６の静止ハウジング（図示せず）上の相補的な機構と係合する位置決めタブ１５０などが設けられ得る。したがって、使い捨てトレイ１４４が、所定の位置に固定され、シェル１１８および中間構成要素とともに回転するのを防止する。使い捨てトレイ１４４は、シェル１１８の回転にほとんど抵抗を与えず、したがって、患者は、シェル１１８が所定の位置に移動したことを感じない。
【００８４】
使い捨てトレイ１４４は、整列されたスロット１３２、１４０、１４２の上に位置し、したがって、送達針１４を遮ることが理解されるであろう。しかしながら、使い捨てトレイ１４４の材料は、針によって穿刺することができる材料よりも適切に薄い。針は、トレイ１４４の表面から離れて収縮する乳房組織を最小限に抑えるために、十分な高速および力でトレイ１４４および乳房組織を穿刺する。したがって、これによって、確実に、針がターゲットに正確に案内されるさらに、使い捨てトレイ１４４の材料は、少なくとも中央部分１４６にわたって、低剪断特性を有することもあり、送達針１４によって穿刺されたときに、ポリマーの破砕特性を制御することができる。
【００８５】
アレイ内のスロットから流出する任意の結合流体が、確実に、システムの主電気機械構成要素から離れて流れるようにするために、排水機構を含み得る。
【００８６】
本明細書に記載されるシステムは、疑わしい病変を示す臨床乳房マイクロ波画像を提供することも、病変が後続の外科処置中に容易に位置特定されることのできるように、病変へのマーカの送達を案内することも、その両方が可能である。
【００８７】
マーカの案内は、ターゲットを識別する同じシステムによって実行されるので、患者は、潜在的に、処置の全期間、乳房が全体にわたって位置合わせを保持して、所定の位置に留まり得る。
【００８８】
このシステムは、以前から知られているシステムおよび技法よりも有意な利点を提供する。特に、システムは、取得された画像に対して送達針の正確な位置決めを提供し、その結果、臨床医は、針の提案された軌道がターゲットと交差することになるという高い信頼度を得られる。これは、針の挿入／引き抜きの回数、および複数の針軌道に沿って悪性細胞を播種する危険性を低減する。
【００８９】
前述のように、ターゲットは、関心領域の生検を実施することによって識別し得る。生検の案内は、マーカをターゲットに送達するために使用されるのと同様の様式で達成され得る。実際に、送達針はまた、この処置の間、生検針として機能し得るか、または生検針によって置き換えられ得る。
【００９０】
代替として、別個の生検プローブが、システムの一部として提供され得る。
【００９１】
本発明は、マーカをターゲットに送達するための任意の公知のタイプの送達デバイスを利用し得る。
【００９２】
システムは、乳房の画像を参照して説明されてきたが、身体の他の領域に適合され得ることが理解されるであろう。
【００９３】
当然のことながら、プロセッサ４は、関心領域を識別するために、乳房の内部構造の画像を表示すること、または実際に生成することの必要はない。関心領域は、代わりに、生データに基づいて決定され得る。
【００９４】
他の構成では、アンテナアレイのカップは、アンテナが配置されるシェルから省くこと、または一体化されることもあり得る。
【００９５】
システムは、複数の送受信経路を使用して、データを複数のアンテナから同時に記録できるようにすることも、さらに、アンテナの数に対応するいくつかの送受信経路を備え得、データを全てのアンテナから同時に記録できるようにすることもできる。別のトポロジーでは、スイッチングマトリクスを取り除き、各アンテナを送信／受信装置に接続することもできる。
【００９６】
代替として、周波数多重化動作で、一度に２つ以上のアンテナを動作させ得る。多重化動作は、針の高速追跡が必要とされる場合に、著しい利点を有し得る。
【００９７】
本明細書における労力および本文の繰り返しの不必要な重複を避けるために、特定の特徴は、本発明の１つまたはいくつかの態様または実施形態のみに関連して記載される。しかしながら、技術的に可能である場合、本発明の任意の態様または実施形態に関連して説明される特徴は、本発明の任意の他の態様または実施形態とともに使用され得ることを理解されたい。
【００９８】
本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく修正または適合され得る。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月14日(2020.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナおよび複数の受信アンテナを備えるマイクロ波アンテナアレイであって、
前記送信アンテナは患者の身体部分を照射するようにマイクロ波信号を送信するように構成され、前記受信アンテナは前記身体部分内での散乱に続いて前記マイクロ波信号を受信するように構成される、マイクロ波アンテナアレイと、
前記散乱したマイクロ波信号を処理し、前記身体部分内のターゲットを識別するために前記身体部分の内部構造を示す出力を生成するように構成されたプロセッサと、
前記ターゲットの部位にマーカを埋め込むための送達針を備えた送達デバイスであって、前記マイクロ波アンテナアレイに対して移動可能である、送達デバイスと、
を備える、医療用撮像システムにおいて、
前記受信アンテナは、前記送達針が放出した前記マイクロ波信号を受信するようにさらに構成され、
前記プロセッサは、前記送達針が前記身体部分内の前記ターゲットに案内されるときに前記送達針の位置を監視するようにさらに構成される、医療用撮像システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記送達針を前記身体部分内の前記ターゲットに案内するようにさらに構成される、請求項１に記載の医療用撮像システム。
【請求項３】
前記マイクロ波アンテナアレイが基板上に形成され、前記基板は、前記身体部分へのアクセスを提供するために、前記送達針を受容するように構成された１つ以上の開口部を備える、請求項１または請求項２に記載の医療用撮像システム。
【請求項４】
前記開口部は、円錐状である、請求項３に記載の医療用撮像システム。
【請求項５】
前記開口部には、密封ガスケットが設けられる、請求項３または請求項４に記載の医療用撮像システム。
【請求項６】
前記開口部が１つ以上のスロットを備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項７】
前記基板は、複数の前記開口部を備え、前記プロセッサは、前記送達針を導入するために前記複数の開口部のうちの１つを選択するように構成される、請求項２〜５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項８】
前記送達デバイスが、前記マイクロ波アンテナアレイに対して前記送達デバイスを操作するように構成された関節アーム上に取り付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項９】
前記関節アームがロボットアームである、請求項８に記載の医療用撮像システム。
【請求項１０】
前記送達針は、マイクロ波信号を送信する同軸給電線を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１１】
前記マーカは、前記送達針の先端に設けられたマイクロ波マーカであり、前記プロセッサは、前記マーカが埋め込まれる前に前記身体部分内の前記ターゲットに案内されるとき、前記マーカを使用して前記送達針の位置を監視するように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記ターゲットを識別するときに第一のデータ取得および解析操作を実行し、前記送達針を案内するときに第二のデータ取得および解析操作を実行するように構成され、前記第二のデータ取得および解析操作は、前記第一のデータ取得および解析操作よりも高速である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１３】
マーカ検出器をさらに備え、前記マーカ検出器は、外科処置中に前記ターゲットを位置特定するために、前記ターゲットの部位に前記マーカが埋め込まれた後に前記マーカを検出するように構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１４】
前記マーカが磁気マーカである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１５】
前記マーカが電磁マーカである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１６】
前記マーカが生分解性である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１７】
前記送達針は、前記ターゲットから生検を抽出するように構成される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の医療用撮像システム。
【請求項１８】
マイクロ波アンテナアレイの送信アンテナによって放出されるマイクロ波信号で患者の身体部分を照射するステップと、
前記マイクロ波アンテナアレイの複数の受信アンテナにおいて前記身体部分内で散乱した後の前記マイクロ波信号を受信するステップと、
前記散乱したマイクロ波信号を処理して、前記身体部分の内部構造を示す出力を生成するステップと、
前記出力から前記身体部分内のターゲットを識別するステップと、
送達針を前記身体部分内の前記ターゲットに案内することを、前記受信アンテナを使用して前記送達針が散乱または放出した前記マイクロ波信号を監視することによって行うステップと、
前記送達針を介して前記ターゲットの部位にマーカを埋め込むステップ
を含む、医療用撮像方法。
【請求項１９】
前記ターゲットから生検を抽出するステップをさらに含む、請求項１８に記載の医療用撮像方法。
【請求項２０】
前記生検は、前記マーカが埋め込まれる前に、前記送達針を使用して前記ターゲットから抽出される、請求項１９に記載の医療用撮像方法。
【請求項２１】
前記送達針は、前記生検を抽出するステップと前記マーカを埋め込むステップとの間に、前記身体部分から除去されない、請求項２０に記載の医療用撮像方法。
【請求項２２】
外科用デバイスを前記ターゲットに案内するために、後続の外科処置中に前記マーカを使用して前記ターゲットを位置決めするステップをさらに含む、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の医療用撮像方法。
【請求項２３】
前記マーカは、マーカ検出器を使用して位置決めされる、請求項２２に記載の医療用撮像方法。
【国際調査報告】
2020531075.tif 000010
2020531075.tif 000011
2020531075.tif 000012
2020531075.tif 000013
2020531075.tif 000014