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特許7030714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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-25
(45)【発行日】2022-03-07
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
A61B 34/20 20160101AFI20220228BHJP
【ＦＩ】
A61B34/20
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2018552058
(86)(22)【出願日】2017-04-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-05-30
(86)【国際出願番号】 US2017026468
(87)【国際公開番号】W WO2017177074
(87)【国際公開日】2017-10-12
【審査請求日】2020-03-26
(31)【優先権主張番号】62/319,225
(32)【優先日】2016-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/474,085
(32)【優先日】2017-03-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】509097404
【氏名又は名称】シアナ メディカル，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】グリーネ，ジョン，イー．
(72)【発明者】
【氏名】ルルコフ，ニコライ
(72)【発明者】
【氏名】ホワイト，ジョナサン
【審査官】小原 一郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１４９１８３（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特表２０１２－５１７２５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５２４０５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／２０
Ａ６１Ｂ ９０／９０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の体内の標的組織領域内でマーカの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;
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、前記連続波を第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、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、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2】
請求項１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3】
請求項２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4】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステムが更に、前記分割器からの第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5】
請求項４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6】
請求項１乃至５のいずれか一項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7】
請求項１乃至５のいずれか一項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／受信アンテナを具え、前記システムがさらに、サーキュレータ回路であって、前記信号発生器に接続され、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を具えることを特徴とするシステム。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか一項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9】
請求項８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10】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記混合器が、前記連続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11】
患者の体内の標的組織領域内でマーカの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；
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、前記連続波を第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第１及び第２の混合器であって、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；
前記第１及び第２の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12】
請求項１１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、前記連続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13】
請求項１１又は１２に記載のシステムが更に、前記第１及び第２の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、前記第１及び第２の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14】
請求項１３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、前記第１及び第２の混合器からの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15】
請求項１１乃至１４のいずれか一項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16】
請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のシステムが更に、前記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17】
請求項１６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第１及び第２の混合器との間に接続され、前記第１及び第２の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18】
請求項１１乃至１７のいずれか一項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、前記第１及び第２の混合器に接続され、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19】
請求項１１乃至１７のいずれか一項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／受信アンテナを具え、前記システムがさらに、サーキュレータ回路であって、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、前記第１及び第２の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第１及び第２の混合器に送達するサーキュレータ回路を具えることを特徴とするシステム。
【請求項20】
請求項１２または請求項１２を引用する請求項１３乃至１９のいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願のデータ
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。
【0002】
発明の属する技術分野
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。
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。
【背景技術】
【0003】
生検の前、あるいは、例えば女性の胸部からの腫瘍摘出術中など、乳房内の病変を除去する外科手術の前には、病変の位置を特定しなければならない。例えば、マンモグラフィや超音波撮像を使用して、処置を行う前に病変の位置を認識及び／又は確認することができる。得られた画像は、例えば病変へアクセスする及び／又は除去する切開中といった、病変の位置を特定して外科医を誘導する手順を行う間に外科医が使用することができる。しかしながら、このような画像は一般に２次元であり、除去すべき乳房や病変は３次元構造であるため、これは病変の位置を特定するための限られた指針を提供するだけである。更に、このような画像は、病変周囲の適切なマージンを決定する、すなわち所望の除去すべき試料の体積の決定に、限られた指針を提供するだけである。
【0004】
位置の特定を容易にするために、処置を行う直前に、例えば針を介してワイヤを乳房に挿入し、ワイヤの先端を病変の位置に配置することができる。ワイヤが配置されると、例えば、患者の皮膚のワイヤが乳房から出てくる箇所に包帯又はテープを貼って、所定の位置にワイヤを固定することができる。ワイヤを所定の位置に配置して固定した状態で、患者は手術を開始して、例えば、生検又は腫瘍摘出術を行うことができる。
【0005】
位置の特定にワイヤを使用することの問題の一つは、配置した時間と外科的手順を行う時間との間にワイヤが移動することがあることである。例えば、ワイヤが十分に固定されていない場合、ワイヤは病変へのアクセスに使用する管に対して移動し、その結果、ワイヤ先端が病変の位置を誤って表示することがある。これが生じた場合、その位置にアクセスして、組織を除去しても、病変が完全に除去されない、及び／又は、健康な組織が不必要に除去される可能性がある。加えて、手順中に、外科医は、例えば、ワイヤが配置されている間に取得したマンモグラム又はその他の画像に基づいて、ワイヤ先端及び病変の位置を単に推定できるだけであり、更なるガイダンスなしに切除を進めることになる。また、このような画像は２次元であるため、治療又は除去している病変の位置を特定するための限定された指針を提供できるだけである。
【0006】
代替的に、放射性シードを配置して処置中に位置の特定を提供することが提案されている。例えば、乳房を通して針を病変部に導入し、次いで針からシードを展開させることができる。針を引き抜き、マンモグラフィーを用いてシードの位置を確認できる。続いて行う外科手術中に、ハンドヘルド型ガンマプローブを胸の上に置き、シードの上の位置を特定することができる。切開を行い、プローブを用いてシードと病変の切除を案内できる。
【0007】
シードはすぐに取り外せる針を通して送達されるので、配置時と外科処置を行う間にシードが患者の体内で移動する危険がある。したがって、一旦配置されたシードを安定させる外からの方法がないため、シードは位置を特定するワイヤの使用と同様に、病変の位置を正確に特定できないことがある。更に、このようなガンマプローブは、例えば３次元でシードの位置を特定する際に所望の精度を提供できないことがあり、したがって、病変の位置を特定する際に限られたガイダンスしか提供できない。
【0008】
したがって、外科手術、診断、又は他の医療処置の前及び／又はその間に、病変又は他の組織構造の位置を特定する装置及び方法は有用である。
【発明の概要】
【0009】
本発明は、埋め込み可能なマーカ及びタグに関し、また、例えば、腫瘍摘出手術中といった外科的手順中又はその他の手順中に、患者の身体内にこのようなマーカを位置を特定させるシステム及び方法に関する。
【0010】
一実施形態によれば、患者の体内の標的組織領域に導入するサイズのマーカが提供されており、これはマーカに当たるエネルギィパルスを電気エネルギィに変換するエネルギィ変換器と；このエネルギィ変換器に接続されて、エネルギィパルスでスイッチを開閉させるスイッチと；このスイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと；を具えており、このスイッチは、開閉してマーカで反射されたレーダ信号を信号源に戻すように構成されている。アンテナは、マーカのハウジングから延在する一又はそれ以上のワイヤ素子、基板上に印刷された一又はそれ以上のアンテナ素子、又は一又はそれ以上のチップアンテナを具える。選択的に、マーカは、スイッチに接続されて静電放電事象に対する保護を提供する静電放電（ＥＳＤ）保護デバイス、エネルギィ変換器に接続されてエネルギィパルス内の信号を認識するプロセッサ、一又はそれ以上のコーティング又はフィルタなどを具えていてもよい。
【0011】
別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域へ導入するマーカが提供されており、これは、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；このスイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと；これらの一又はそれ以上の感光ダイオードとスイッチとに接続されたプロセッサと；を具え、このプロセッサが、一又はそれ以上の感光ダイオードで受信した光パルスを分析して光パルス中の第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、プロセッサは一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧をスイッチに送達して、光パルスがこの第１の所定のビットコードを含んだ後にのみスイッチを開閉させ、スイッチが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信号源に戻すように開閉するように構成されている。
【0012】
更に別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域へ導入するマーカが提供されており、これは、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；このスイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと；これらの一又はそれ以上の感光ダイオードとスイッチとを収納するハウジングと；を具え、このハウジングが、一又はそれ以上の感光ダイオードの上にフィルタ又はコーティングを具え、この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一又はそれ以上の感光ダイオードに当たるようにしている。
【0013】
別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域へ導入するマーカが複数提供されており、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；このスイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと；これらの一又はそれ以上の感光ダイオードとスイッチに接続されたプロセッサと；を具える。各マーカのプロセッサは、一又はそれ以上の感光ダイオードが受け取った光パルスを分析し、光パルス中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、このプロセッサは一又はそれ以上の感光ダイオードからの電圧をスイッチに送達し、光パルスがこの所定のビットコードを含んだ後にのみスイッチを開閉させ、スイッチは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信号源に戻すように開閉するように構成されており、所定のビットコードはマーカごとに異なっている。
【0014】
更に別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域へ導入するマーカが複数提供されており、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；このスイッチに接続された一又はそれ以上のアンテナと；これらの一又はそれ以上の感光ダイオードとスイッチとを収納するハウジングと；を具え、このハウジングが、一又はそれ以上の感光ダイオードの上にフィルタ又はコーティングを具え、この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一又はそれ以上の感光ダイオードに当たるようにしており、赤外光の所定のセグメントが、マーカごとに異なっている。
【0015】
更に別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域を位置を特定するシステムが提供されており、このシステムは、電磁信号を患者の体内に送信し、患者の身体から反射した信号を受信する一又はそれ以上のアンテナと、患者の体内にエネルギィパルスを送達するエネルギィ源を具えるプローブを具える。このシステムはまた、患者の身体内に埋め込むサイズのマーカを具え、このマーカは、エネルギィ源からのエネルギィパルスを電気エネルギィに変換するように構成されたエネルギィ変換器と、エネルギィ変換器に接続されたスイッチであって、エネルギィパルスがスイッチを開閉させてマーカで反射されたプローブからの電磁信号を変調するスイッチと、この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、スイッチが開閉して前記マーカで反射されたレーダ信号を変調して、信号源に戻すように構成されている。
【0016】
別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域の位置を特定する方法が提供されており、この方法は、スイッチ、エネルギィ変換器、及び一又はそれ以上のアンテナを具えるマーカを患者の体内に埋め込むステップと；患者の身体近傍にマーカに向けて配向したプローブを配置するステップと; このプローブを作動させて、ａ）患者の体内に電磁信号を送信し、ｂ）患者の身体から反射信号を受信し、ｃ）患者の体内にエネルギィパルスを送り、エネルギィ変換器がエネルギィパルスを電気エネルギィに変換してスイッチを開閉して、マーカで反射されたプローブからの電磁信号を変調する、ステップを具える。スイッチ及びアンテナは、例えばマーカに当たる電磁信号に応じて、マーカ及び／又はマーカが埋め込まれている組織のインピーダンスを変調することができる。例示的な実施形態では、患者の体内にエネルギィパルスを送達するステップが、赤外光を患者の体内に送達するステップを具えていてもよく、エネルギィ変換器は、この赤外光を電気エネルギィに変換してスイッチを開閉し、マーカで反射されたプローブからの電磁信号を変調する一又はそれ以上の感光ダイオードを具えていてもよい。更に、このプローブは、患者の体内の及び／又はプローブに対するマーカの位置に関する情報を提供できる。
【0017】
更に別の実施形態によれば、標的組織領域内に埋め込まれたマーカを認識するシステムが提供されており、このシステムは、レーダ信号を患者の体内へマーカに向かって送信し、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を具えるプローブと、患者の体内へ赤外光を送達し、マーカの反射特性を変化させる光源と；実質的に連続した波を生成する波発生器と；この波発生器に接続されて、この波を第１及び第２の信号に分割するデバイダであって、第１信号が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ステップと；このパワーデバイダに接続されて第２の信号を受信し、一又はそれ以上のアンテナに接続されて反射された信号を受信する混合器であって、第２信号と反射信号を混合して、光パルスによって生じる反射信号の振幅と位相を変調して、マーカの反射特性を変化させる成分を具えるＩＦ信号を生成する混合器と；前記混合器に接続され、ＩＦ信号を処理して、光源によって送達された光パルスを用いて、振幅と位相の同期の変調に少なくとも部分的に基づいて、一又はそれ以上のアンテナから前記マーカまでの範囲を特定及び／又は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。
【0018】
更に別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域内でマーカの位置を特定する方法が提供されており、この方法は、患者の身体に隣接するプローブの先端をマーカに向けて配置するステップと；プローブを駆動させて、ａ）患者の体内に実質的に連続したレーダ信号を送信し、ｂ）患者の体から反射信号を受信し、ｃ）レーダ信号の送信と同期して、患者の体内に光パルスを送達し、マーカが光パルスを電気的エネルギィに変換してマーカ内のスイッチを開閉し、マーカで反射された反射信号を変調し、ｄ）同期検出器を用いて反射信号を処理して、光パルスによって生じた変調の振幅を測定し、プローブの先端からマーカまでの範囲を特定及び／又は表わす出力を提供するステップと；を具える。
【0019】
もう一つの実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域内のマーカの位置を特定するシステムが提供されており、このシステムは、患者の体内にマーカに向けてレーダ信号を送信し、マーカからの反射位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出して、マーカの反射特性を変化させる光源とを具えるプローブと；実質的に連続した波を生成する信号発生器と；この信号発生器に接続され、波を第１及び第２の信号に分割するデバイダであって、一又はそれ以上のアンテナに送達された第１の信号が実質的に連続する送信信号を送信するデバイダと；このデバイダに接続され、第２信号を受信して第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；この位相スプリッタに接続され、第２の信号とレプリカ信号をそれぞれ受信するとともに、一又はそれ以上のアンテナに接続して反射信号を受信する第１及び第２の混合器であって、第１の混合器が第２の信号と反射信号と混合し、第２の混合器がレプリカ信号と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た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；これらの混合器に接続され、このＩＦ信号を処理して、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同期の変調に少なくとも部分的に基づいて、一又はそれ以上のアンテナから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。
【0020】
更に別の実施形態によれば、患者の身体内の標的組織領域内に埋め込んだマーカを位置を特定する方法が提供されており、この方法は、患者の身体近傍のプローブ先端をマーカに向けて配置するステップと；このプローブを作動させて、実質的に連続するレーダ信号を患者の体内に送信し、患者の体からの反射信号を受信し、レーダ信号の送信と同期して患者の体内に光パルスを送達し、マーカがこの光パルスを電気エネルギィに変換して、マーカ内のスイッチを開閉させてマーカで反射された反射信号を変調するステップと；リターン信号を、実質的に連続的なレーダ信号を生成するのに使用するソース信号及びソース信号の位相シフトされたレプリカと混合して、マーカの反射特性を変える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含むＩＦ信号を生成するステップと；このＩＦ信号を処理して、光源によって送達された光パルスに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、一又はそれ以上のアンテナからマーカまでの範囲を表わす出力を提供するステップと；を具える。
【図面の簡単な説明】
【0021】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲及び添付の図面により、よりよく理解されるであろう。
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下の説明では、多くの詳細が説明されており、システムのより完全な説明を提供している。しかしながら、当業者には明らかなように、開示されたシステムは、これらの特定の詳細がなくても実施することができる。他の例では、システムを不必要に不明瞭にしないように、周知の特徴は詳細には説明されていない。
【0024】
図面を参照すると、図１Ａ乃至１Ｃは、例えば図６に示すように、乳房９０内などの、患者の体内に埋め込むことができる反射マーカ又はタグ４０の例示的な実施形態を示す。一般に、マーカ４０は、一又はそれ以上のワイヤ又はその他のアンテナ４４に接続された電子機器パッケージ４２を具える。マーカ４０は、例えば、管腔切開手順などの手順を実行するシステム１０１０内に設けられており、例えば、一又はそれ以上のマーカを組織内に送達する送達装置（図示せず、例えば、図８を参照）と、図６乃至８に示されており、以下に更に説明する組織内に埋め込まれたマーカ及び／又はその他の部品の位置を特定するプローブ１０２０を具える。
【0025】
例示的な実施形態では、各アンテナ４４は、細長部材、例えば、約０．５～２ｍｍの直径又は他の最大断面を有する中実又は中空構造体であり、長さは約１乃至１０ミリメートル（１．０乃至１０ミリメートル）である。アンテナ４４は、弾性又は超弾性材料で、及び／又は、例えば、ステンレス鋼、ニチノールなどの形状記憶材料で形成されており、アンテナ４４は、組織内で展開したときに所定の形状にバイアスされるが、本明細書の他所で説明されているように、例えば弾性的に変形されて送達を容易にする。本明細書の他所に記載されているように、アンテナ４４は、例えばマーカ４０に当たるレーダ又はその他の電磁信号に応答して、マーカ及び／又はマーカ４０が埋め込まれている組織の共鳴インピーダンスを変えて、患者の体内のマーカ４０の検出及び／又は位置の特定を強化する。
【0026】
選択的に、アンテナ４４は、例えば、本明細書に参照により組み込まれている出願に記載された実施形態と同様に、一又はそれ以上のビーズ又は他の要素（図示せず）を担持することができる。例えば、アンテナ４４は、複数の表面、角度、及び／又はエッジを具える複数のビーズ又はセグメント（図示せず）を担持するコアワイヤを具えており、マーカ４０の検出を強化することができる。例示的実施形態では、例えば、各々が略円筒形又は球形の一部を画定する複数の個別の環状体を具えていてもよい。
【0027】
図１Ａ乃至１Ｃに示すように、アンテナ４４は、例えば、ほぼ線形の構成をとなるようにバイアスされて、例えば、アンテナ４４がマーカ４０の長手方向軸４８とほぼ平行に延在するようにしてもよい。代替的に、アンテナ４４は実質的に剛性であり、マーカ４０が、実質的に固定されて、例えば直線形状又は湾曲形状のままであってもよい。選択的に、一方の又は両方のアンテナ４４を、本明細書の他の箇所又は本明細書に参照により組み込まれている出願に記載されているように、長手方向軸４８からオフセットさせて、マーカ４０の送達装置（図示せず）への装填を強化することができる。
【0028】
図１Ａに最もよく見られるように、各アンテナ４４は、パッケージ４２内のプリント回路基板（ＰＣＢ）又は他の基板５０に接続された第１の端部４４ａと、拡大された及び／又は丸みのある先端４５で終端する第２の自由端４４ｂを具えていてもよい。選択的に、第１端部４４ａは、例えば、図１Ａに最もよく示されているように、例えば、第１の端部４４ａの基板５０への接続を容易にする、及び／又はアンテナ４４がパッケージ４２の反対側から接線方向に延在するように、一又はそれ以上の曲げ部を具えていてもよい。
【0029】
代替的に、アンテナ４４は、長手方向軸４８の周りに、例えば螺旋状、蛇行状又はその他の湾曲形状といった、曲線状又はその他の構成をとるようにバイアスされている。例えば、アンテナ４４は、弾性又は超弾性材料で形成されていてもよく、その形状は、アンテナ４４がヘリカル形状（図示せず）にバイアスされるように設定されているが、例えば、マーカ４０の送達装置への装填、及び／又は、マーカ４０の患者の身体への導入を容易にするため、ほぼ直線的な構成になるよう弾性的にまっすぐに整えるようにしてもよい。これは、例えば、２０１４年１月２７日に出願された米国特許出願第１４／１６５，２５３号、２０１１年３月２１日に出願された第１３／０５３，１９７号、及び２０１０年６月２５日に出願された第１２／８２４，１３９号に記載されており、これらは参照により本明細書に明確に組み込まれている。
【0030】
図２を更に参照すると、マーカ４０は、電子パッケージ４２内に収容され又は埋め込まれており、本明細書の他の箇所に記載されているマーカ４０を位置決めするのに使用されるプローブ（図示しないが、図６に示されており、本明細書の他の箇所に記載されているようなプローブ１０２０）からの入射信号を変調するように構成されている一又はそれ以上の回路又はその他の電気部品を具えていてもよい。例えば、この部品は、パッケージ４２に搭載された、半導体チップ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び／又は他の基板５０上に設けることができる。例示的な実施形態では、この部品は、電圧源又は電源、又はその他の電力又はエネルギィ変換器５２と、エネルギィ変換器５２での電気エネルギィ生成時に開閉可能なスイッチ５４と、例えば基板５１上に装着された静電放電（ＥＳＤ）保護装置５８とを具える。
【0031】
これらの部品は、パッケージ４２を確定している一又はそれ以上の部品内に入っている。例示的な実施形態では、これらの部品は、基板５０の表面上に半田付け、糊付け、又は他の方法で装着され、エポキシ又は他の絶縁及び／又は保護材料（図示せず）内に封入されている。例えば、これらの部品はパッケージ４２内に装着することができ、これらの部品は図２に示す回路図に接続されている以外は互いに電気的に絶縁されている。選択的に、収縮チューブ又はその他の外側本体をエポキシ材料の周りに適用して、例えばマーカ４０の所望する仕上げ及び／又は外側面を提供するようにしてもよい。
【0032】
例示的な実施形態では、エネルギィ変換器５２は、複数の感光ダイオードであって、これらのダイオードに当たる入射光（例えば、赤外光）を電気的エネルギィ（例えば、所定の最小電圧）に変換できるダイオードを具えている。図に示すように、複数対のダイオード５２が直列に接続されており、これらは、パッケージ４２内で空間的に互いに直交して配置されている。例えば、感光ダイオードが指向性であるとすると、少なくとも２対のダイオード５２が、パッケージ４２内に互いに１８０°オフセットされるか、又は他の方法で互いに対してオフセットして装着されている。例えば図１Ａに最もよく示されているように、少なくとも１対のダイオード５２は、埋め込んだ後のプローブ１０２０に対するマーカ４０の向きに関係なく、プローブ１０２０の光送信器から光を受け取ることができる。パッケージ４２は、少なくとも部分的に透明であってもよく、あるいは、ダイオード５２を露出させて、パッケージ４２に向けられた光をダイオード５２が受け取るようにしてもよい。
【0033】
選択的に、ダイオード５２及び／又はダイオード５２の上にあるパッケージ４２の任意の表面は、例えば、パッケージ４２の収縮チューブ又はその他の部品の上に形成された一又はそれ以上のコーティング、フィルタ、及び類似のもの（図示せず）を具えており、ダイオード５２に当たる光を所望の態様で制限するようにしてもよい。例えば、所望のバンド幅の赤外光のみがダイオード５２に当たるようにする一又はそれ以上のコーティングを設けることができる。このように、異なるバンド幅でそれぞれのマーカを作動させることができる複数のマーカを設けて、例えば、所望のマーカの特定のバンド幅に限定された赤外光を透過させることによって、プローブは所望のマーカを作動させることができる。
【0034】
代替の実施形態では、エネルギィ変換器５２が、外部エネルギィを所望の電圧に変換できるその他の構成要素を具えていてもよい。例えば、プローブ１０２０が、例えばＥＭＦ源、ＲＦ源、又は振動エネルギィ源など、別の電源を具えている場合、エネルギィ変換器５２は、ピックアップコイル、アンテナ、又は入射エネルギィを所望の電圧に変換できるその他のデバイスを具えていてもよい。これには、例えば、コンデンサ及び／又はスイッチ５４に所望の電圧を送達するように構成されたその他の構成要素が含まれる。赤外光エネルギィの１つの利点は、赤外光が組織を十分に通過し、患者の皮膚に対して配置されたプローブ１０２０が十分なエネルギィを送達して、例えば、図６に示すように、乳房９０内といった、患者の体内から数インチ離れて埋め込まれた比較的小さいマーカ４０を作動させることができることである。
【0035】
図２に示す実施形態では、スイッチ５４が、例えば、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）などの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ダイオード５２の一端がゲート（Ｇ）に、他端がソース（Ｓ）に接続されており、このゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）との間には抵抗５６が接続されており、例えば、ＩＲ光がないときにダイオード５２を放電させる。例示的な実施形態では、スイッチ５４は、Ａｖａｇｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＵＳ Ｉｎｃ．で製造されたＶＭＭＫ－１２２５などの、エンハンスメントモード疑似多形高電子移動度トランジスタ（Ｅ－ｐＨＥＭＴ）を具えており、抵抗５６は３メガオーム（３ＭΩ）の抵抗器であってもよい。代替の実施形態では、スイッチ５４は、ダイオード５２（又はその他の電圧源）に接続されたショットキーダイオードであってもよく、例えばダイオードの両端はアンテナ４４に接続されている。
【0036】
また、図に示すように、スイッチ５４のソース（Ｓ）は一のアンテナ４４に電気的に接続されており、ドレイン（Ｄ）はその他のアンテナ４４に接続されている。これらのアンテナ４４は、図に示すように、パッケージ４２に結合あるいは取り付けられており、アンテナ４４の端部がスイッチ５４に電気的に接続されている。
【0037】
各ダイオード５２は、負荷が殆どない又は全くない（即ち、電流が引き込まれる）場合、光に露出すると、スイッチ５４の開閉に十分な電圧（例えば、約０．５ボルト）を生成できる。結果として得られる回路はプローブ１０２０からの信号の変調用であるため、電流はほとんど又は全く必要なく、ダイオード５２（したがってプローブ１０２０）から要求される電力は最小限であり、それによってマーカ４０とプローブ１０２０の電力需要が低減する。
【0038】
更に、図３Ａ及び３Ｂを参照すると、ダイオード５２に断続的に当たる光が、ゲート（Ｇ）及びソース（Ｓ）に電圧を発生させて、スイッチ５４を開閉する制御信号を提供している。例えば、図３Ａは、赤外光が存在しない場合の開放されたスイッチ５４を示しており、図３Ｂは、赤外光７０がダイオード５２に当たって閉じているスイッチ５４でって、これによって両アンテナ４４を互いに接続しているスイッチを示している。したがって、結果として、マーカ４０は、マーカ４０の中央に高周波スイッチに相当するものを具える、受動的な反射器タグを提供している。スイッチ５４を閉じた状態から開いた状態に変更できることにより、アンテナ４４によって提供される有効なアンテナの反射特性を大幅に変えることができる。例えば、スイッチ５４は、スイッチ５４が開閉されるときにマーカ４０から反射された信号の極性を変更したり、変調したりすることができ、及び／又は、マーカ４０及び／又はマーカ４０が埋め込まれている組織の共振インピーダンスを変えることができる。
【0039】
乳房組織内（又は患者の身体の他の場所）に埋め込まれたマーカの検出に伴ういくつかの課題には、このようなマーカの比較的小さいレーダ断面（ＲＣＳ）や、受信した反射信号の汚染があり、これは例えば、（ａ）組織の不均一性によって生じる散乱;（ｂ）プローブの送信アンテナと受信アンテナの間のクロストーク；及び（ｃ）近接場効果やその他の要因による信号歪みなどである。これらの複雑な要因に対処し、プローブで受信し汚染信号から反射されたマーカ信号を区別するために、スイッチ５４は、マーカ４０の反射特性の周期的な変調を提供している。
【0040】
具体的には、マーカ４０を、二つのフォームファクタ、例えば、図３Ａ及び３Ｂに示す反射器の間でその構造を周期的に変化させるように作る。例えば、本明細書の他の箇所で更に説明するように、超広帯域（ＵＷＢ）レーダを使用した受信信号のデジタル信号処理は、マーカのスイッチング周波数で変調した信号の同期検出を使用する。これは、他の汚染信号が変調期間内に不変のままであるため、マーカ信号上の信号対雑音比（ＳＮＲ）を著しく上げる。同期検出器の機構を提供するために、マーカ４０によって受信した近赤外（ＩＲ）光パルスで乳房組織を照射することによって、プローブ１０２０内でマーカのスイッチングプロセスが制御される。
【0041】
マーカ反射フォームファクタのスイッチングは、光起電モードで作動するダイオード５２のセットで制御される。ダイオード５２がプローブ１０２（図３Ｂの矢印７０で表される）から光を受け取ると、ダイオード５２は、スイッチ５４のゲート（Ｇ）とソース（Ｓ）間に印加される電圧を生成し、図３Ｂに示すようにドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）は、両方のアンテナワイヤ４４を共に接続する。光がオフになると、スイッチ５４が開いて、図３Ａに示すように、ドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）が電気的に遮断される。
【0042】
更に、ＥＳＤデバイス５８は、スイッチ５４を横切って、例えばドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）との間に並列に接続され、静電放電事象に対する保護を提供している。例えば、Ｅ－ｐＨＥＭＴ装置をスイッチ５４として使用すると、ドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）の間の絶対最大電圧に、したがってマーカのアンテナにわたって絶対最大電圧に対する制限が設定される。ＶＭＭＫ－１２２５ Ｅ－ｐＨＥＭＴの例示的な実施形態では、スイッチ５４の両端の最大電圧は、約５ボルト（５Ｖ）以下でもよい。モデム乳房手術は、しばしば、電気切断ツール、電気焼灼ツール及び／又は数ｋＶの電気パルスを発生できるその他のツール（図示せず）の使用を伴う。このようなツールがマーカ４０に近づくと、ツールはアンテナワイヤ４４で非常に大きな電圧を生じさせ、スイッチ５４を破壊する可能性がある。
【0043】
このようなツールの作動中のマーカ４０の残存可能性を高めるために、ＥＳＤ保護デバイス５８は電圧が最大値に近づくとスイッチ５８デバイスの電圧を切る。一般に、マーカ４０内のＥＳＤ保護デバイス５８を低容量にして、プローブ１０２０からの信号からの小振幅ＵＳＢ信号の周波数範囲に対してアンテナ４４を短絡させないようにするべきである。例示的な実施形態では、ＥＳＤ保護デバイス５８は、ツェナーダイオード、低容量バリスタなどの過渡電圧抑制器であってもよい。
【0044】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、反射器マーカ１４０の代替実施形態が示されており、これは、一又はそれ以上のアンテナ１４４が印刷又は他の方法で形成された上面及び底面（又は第１の面及び第２の面）を具え、その上に印刷された又は他の方法で直接形成された一又はそれ以上のアンテナ１４４を有する回路基板又はその他の基板１５０を担持する電子パッケージ１４２を具える。図に示すように、マーカ１４０も、例えばダイオード１５２といったエネルギィ変換器と、ダイオード１５２に接続された、例えばＦＥＴ１５４などのスイッチ及び上面及び下面の一方に取り付けた静電放電（ＥＳＤ）保護デバイス１５８を具える。これは本明細書の他の実施形態と同様である。
【0045】
更に、上述の実施形態とは異なり、アンテナ１４４は、基板１５０の上面１５０ａに印刷するか、又は直接形成するようにしてもよい。各アンテナ１４４は、ＦＥＴ１５４に接続された第１の端部１４４ａと、第２の自由端部１４４ｂを具える。図に示すように、各アンテナ１４４は、自由端１４４ｂの近傍に正弦曲線部分又はその他のジグザグ部分１４４ｃを具えており、例えば、基板１５１上の利用可能面に対するアンテナ１４４の有効長さ又はプロファイルを最大にしている。この実施形態では、アンテナ１４４は、ＦＥＴ１５４のドレインとソースとにそれぞれ接続されており、ダイオード１５２（直列）は、例えば上述の実施形態と同様に、ゲートとソース間に接続されている。
【0046】
更なる代替例では、図５Ａ及び５Ｂに示すように、マーカ１４０’が、基板１５１’に取り付けた一又はそれ以上のチップアンテナ１４４’を具えている。図５Ｂに最も良く示されているように、単一のチップアンテナ１４４’がＦＥＴ１５４’のドレインに接続され、コンデンサ（図示せず）が、例えばＥＳＤ保護デバイス１５８’と並列にドレインとソースの間に接続されている。代替的に、前述の実施形態と同様に、一対のチップアンテナ（図示せず）をＦＥＴ１５４’のドレイン及びソースに接続して設けることができる。例示的な実施形態では、チップアンテナ１４４’は、パルスエレクトロニクスコーポレーション（Ｐｕｌｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社が製造したモデルＷ３０７８などのセラミックチップアンテナである。
【0047】
更に別の代替例では、アンテナ素子４４又は１４４のうちの一つをコンデンサ（図示せず）で置き換えてもよい。例えば、図１３Ａ及び１３Ｂは、図１Ａ乃至１Ｃに示すマーカ４０と同様のマーカ４０’の例示的な実施形態を示している。すなわち、回路基板又はその他の基板５０’を担持し、例えばダイオード５２’などのエネルギィ変換器と、ダイオード５２’に接続された例えばＦＥＴ５４’などのスイッチ、及び静電放電（ＥＳＤ）保護装置（図示せず）を含む電子部品パッケージ４２’を具える。マーカ４０と違って、マーカ４０’は、ＦＥＴ５４’のドレインに接続された単一のアンテナ４４’と、例えばＥＳＤ保護デバイスと並列に、ドレインとソース間に接続されたコンデンサ５９’を具える。
【0048】
図４Ａ及び４Ｂに戻ってこれらを参照すると、基板１５０は、例えば、セラミックプレート又はボードといった一又はそれ以上の電気絶縁材料から形成され、所望の誘電特性を有している。アンテナ１４４及び／又はその他のリードは、例えば、蒸着又はその他の印刷方法によって、基板１５０の上面及び／又は底面に形成することができる。誘電体基板１５０の結果として、アンテナ１４４は空気よりも高い誘電率を有することになり、マーカ１４０を実際の物理的サイズよりも電気的に大きく見えるようにすることができる。アンテナ１４４及び基板１５０の構成を変更して、複合インピーダンスを提供することができ、これは、例えばプローブ１０２０を使用して検出及び／又は配置するときに、最後のマーカ１４０についての所望の検出特性を提供するように変更することができることは自明である。
【0049】
選択的に、マーカ１４０（又は本明細書のその他のマーカのいずれか）は、マーカ１４０に送信した赤外光信号に含まれるコード又はメッセージの認識用に、ダイオード１５２に接続されたプロセッサ（図示せず）を具えていてもよい。例えば、このプロセッサは、ダイオード１５２とＦＥＴ１５４のゲートとの間に接続され、ＦＥＴ１５４が入力する赤外光信号に所定のコードが含まれている場合にのみスイッチングされる。従って、このプロセッサは、例えば、制御信号をゲートに選択的に提供して、赤外光パルスセットがダイオード１５２で受信される時にＦＥＴ１５４を開閉して、例えば、ＦＥＴのドレインとソース間に選択的に電圧を印加することができる。例示的な実施形態では、このコードは、時間的に分離されたパルスを伴う、及び／又は、長さの異なるパルスを有する一連の赤外光パルスを具え、プロセッサで認識できるビットコードを提供することができる。
【0050】
例えば、最初はＦＥＴ１５４がダイオード１５２から絶縁されている（すなわち、アンテナ１４４間のスイッチが開いている状態）場合、プロセッサは、パルスがマーカ１４０に割り当てられた所定のビットコードを含んでいるかどうかを判断できる。この場合、プロセッサは、ダイオード１５２をＦＥＴ１５４に接続して、続く赤外光パルスがアンテナ１４４間でスイッチを開閉し、これによって、他のところで説明したように、マーカ１４０の反射特性を変調することができる。選択的に、プロセッサは、別の所定のビットコードが認識されるまでＦＥＴ１５４を開閉し続け、その後、プロセッサはダイオード１５２をＦＥＴ１５４から再び絶縁することができる。代替的に、プロセッサは、所定の時間このスイッチングを行い、ついで、再起動するまでＦＥＴ１５４を開にすることができる。
【0051】
このようにして、異なるビットコードが割り当てられたそれぞれのプロセッサを含む複数のマーカ（図示せず）を患者の体内に埋め込むことができる。図６乃至９に示すように、プローブ１０２０のようなプローブは、所望のビットコードで先行される赤外光パルスを送信して、個々のマーカを作動及び／又は不作動とすることができる。例えば、このプローブは、第１のコードを用いて第１のマーカを作動させ、検出、及び／又は配置し、次いで第１のマーカを不作動とし、第２のコードを用いて第２のマーカを作動させ、検出及び／又は配置し、本明細書で更に述べるように、ユーザが選択的に複数のマーカが埋め込まれた患者の身体内の領域を認識するのに役立つサイクルを繰り返す。
【0052】
図６乃至９を参照すると、乳房９０又は体内の他の場所にある腫瘍、病変又は他の組織構造といった、患者の体内の標的組織領域の位置を特定するシステム１０１０の例示的な実施形態が示されている。図８に示すように、システム１０１０は、通常、一又はそれ以上のターゲット、タグ、又はマーカ４０（一つが示されている）を担持する送達デバイス２６０と、例えば超ワイド帯域マイクロ－インパルスレーダ、狭帯域の連続レーダなどの、レーダを使用してマーカ４０を検出及び／又は配置するプローブ１０２０と、例えば一又はそれ以上のケーブル１０３６を用いて、プローブ１０２０に接続されたコントローラ及び／又は表示ユニット１０４０とを具える。これらは、本明細書に参照によって組み込まれている出願に記載された実施形態と同様である。
【0053】
例えば、プローブ１０２０は、参照により本明細書に組み込まれている出願に記載された実施形態と同様に、例えば、マイクロパワーインパルスレーダ（ＭＩＲ）プローブなどの、電磁信号を出射及び受信する能力のあるポータブルデバイスであってもよい。図６に示すように、プローブ１０２０は、例えば患者の皮膚又はその下の組織などの組織への接触又は近接配置用の第１の端部又は遠位端部１０２４と、例えば、ユーザによって保持できる、第２の端部又は近位端部１０２２を具える、ハンドヘルドデバイスであってもよい。一般的に、プローブ１０２０は、例えば、セラミックディスク１０３２（図７に示す）に装着した送信用アンテナと受信用アンテナ（図示せず）などの一又はそれ以上のアンテナを具え、例えば、アンテナと接触している組織との間のインターフェースを提供するようにしている。更に、プローブ１０２０は、例えば、複数の光ファイバ１０３８（図７に示す）、ＬＥＤ（図示せず）、その他などの光送信機を具え、これは、例えば、図６に示すように、例えば乳房組織９０内など、遠位端１０２４が接触している組織内に、光パルス（図６で破線１０３８ａで表されている）を送信するように構成されている。光ファイバ１０３８は、例えば、プローブ１０２０内のＬＥＤ（図示せず）あるいはディスプレイユニット１０４０などの光源に、例えばカップリング１０３９によって接続されており、光源からの光が、プローブ１０２０の遠位端１０２４から遠位側へと、光ファイバ１０３８を通過するようにしている。
【0054】
例示的な実施形態では、光源は、例えば、８００乃至９５０ナノメートルの近赤外光を送達できる赤外光源である。選択的に、光ファイバは、一又はそれ以上のレンズ、フィルタなど（図示せず）を具えていてもよく、必要に応じて、例えば、プローブ１０２０の中心軸に平行に延在する比較的狭いビームにおいて、より広いビームにおいて、などの所望の方法で、プローブ１０２０によって送信された光を集束させる。
【0055】
選択的に、光源は、赤外光スペクトル内の比較的狭い帯域幅を送信することができ、例えば、それぞれの狭い帯域幅に基づいてそれぞれのマーカの活性化を制限するコーティング及び／又はフィルターを具える個別のマーカを作動させることができる。例えば、光源は、それぞれが他の帯域幅より比較的狭く、明確な帯域幅の光を送信できる複数のＬＥＤを具えていてもよい。代替的に、光源は、広帯域の赤外光（又は他のより広いスペクトル）光を送信してもよく、プローブ１０２０は、プローブ１０２０によって送信される帯域幅の部分を制限する複数のフィルタ又はその他の構成要素（図示せず）を具えていてもよい。このように、本明細書に記載されているように、プローブ１０２０によって狭い帯域幅の赤外光パルスを送信して個々のマーカを作動させることができる。
【0056】
代替的に、プローブ１０２０は、光送信器１０３８のに代わる他のエネルギィ源を具えていてもよい。例えば、電磁エネルギィ源、無線周波数（ＲＦ）エネルギィ源、振動エネルギィ、その他（図示せず）を、プローブ１０２０の遠位端１０２４に配置して、本明細書に記載されているように、マーカ４０を作動させるエネルギィパルスを送達する。このエネルギィ源は所定の方法でパルス化して、例えばマーカ４０の回路の作動及び不作動を交互に行うことができる。
【0057】
プローブ１０２０は、ディスプレイユニット１０４０内に、送信アンテナによる送信用信号の生成、及び／又は受信アンテナから受信した信号の処理に必要な一又はそれ以上のコントローラ、回路、信号発生器、ゲート、その他（図示せず）を具えるプロセッサを具えていてもよい。このプロセッサの部品は、必要に応じて、個別部品、固体デバイス、プログラマブルデバイス、ソフトウェア部品などを具えていてもよい。例えば、プローブ１０２０は、送信アンテナに接続して送信信号を生成するパルス発生器及び／又は疑似雑音発生器（図示せず）と、受信アンテナで検出した信号を受信するインパルス受信器を具えていてもよい。プロセッサは、マイクロコントローラとレンジゲート制御器を具えており、インパルス発生器とインパルス受信器を交互に作動させ、送信アンテナを介して電磁パルス、波又はその他の信号を送信し、本明細書の他の実施形態と同様に、受信アンテナを介して反射電磁信号を受信する。使用可能な例示的な信号には、例えば超低帯域幅領域における、マイクロインパルスレーダ信号などのマイクロ波、電波が含まれる。
【0058】
プローブ１０２０は、例えばケーブル１０３６によって表示ユニット１０４０のディスプレイ１０４２に接続して、例えばアンテナを介して得られる空間データ又は画像データといった情報をプローブ１０２０のユーザに表示することができる。選択的に、プローブ１０２０は、一又はそれ以上のユーザインターフェース、メモリ、送信機、受信機、コネクタ、ケーブル、電源（図示せず）など、その他の特徴又は構成要素を具えていてもよい。例えば、プローブ１０２０は、一又はそれ以上のバッテリや、その他の内部電源を具え、プローブ１０２０の構成要素を動作させることができる。代替的に、プローブ１０２０は、例えば標準ＡＣ電源などの外部電源に接続できるケーブル１０３６のうちの１本といったケーブルを具え、プローブ１０２０の構成要素を作動させるようにしてもよい。
【0059】
図６に示すように、プローブ１０２０の内部構成要素は、プローブ１０２０が内蔵されているハウジング又はケーシング内に設けられている。例えば、ケーシングは比較的小さく携帯可能であり、例えば、プローブ１０２０全体が使用者の手の中に入る。選択的に、例えば、遠位端１０２４に隣接する部分などプローブ１０２０の一部分は使い捨てであってもよく、使い捨てのカバー、スリーブ、その他（図示せず）が、必要に応じて設けられており、プローブ１０２０の少なくとも近位部分は、本明細書中に参考として援用せれている出願に記載された実施形態と同様に、再使用可能である。代替的に、プローブ１０２０全体が、使い捨ての単回使用デバイスであってもよいが、ディスプレイユニット１０４０は、新しいプローブ１０２０をディスプレイユニット１０４０に接続することによって、複数の手順で使用することができ、所望であれば、アクセス可能なまま及び／又は可視のままでもよい。プローブ１０２０の構造及び／又は操作に関する追加の情報は、本明細書で参照により組み込まれている出願に記載されている。
【0060】
図９は、プローブ１０２０の例示的な構成要素を示すブロック図６００である（代替的に、構成要素のいくつかは、図８の表示装置１０４０内に配置してもよい）。プローブ１０２０は、信号発生器６２０、増幅器６４０、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６５０、及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６６０を具えていてもよい。信号発生器６２０、例えば基準発振器は、矩形波信号、三角波信号、又は正弦波信号などの発振信号を生成する。
【0061】
例えば、矩形波信号６２５は、信号発生器６２０からプローブ１０２０のアンテナ部分５３２の送信アンテナに送信することができる。矩形波信号６２５が送信アンテナを通過するとき、送信アンテナは、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として作用し、矩形波信号６２５を一連のパルス信号６３０に変換する。このように、送信信号１０３４Ｔ（図６に示す）は、一連のパルス６３０を含むプローブ１０２０によって送信される。送信信号１０３４Ｔは組織に送信され、受信信号１０３４Ｒによって表されるようにマーカ４０から反射される（図６に示す）。送信信号１０３４Ｔがマーカ４０で反射されると、反射信号（すなわち、受信信号１０３４Ｒ）は、一連の減衰パルス６３５（図９に示す）を含むことになる。
【0062】
プローブ１０２０のアンテナ部分５３２の受信アンテナは、受信信号１０３４Ｒ（図６に示す）を受信することができる。図９に示すように、一連の減衰パルス６３５を含む受信信号１０３４Ｒは、増幅器６４０に入力されてパルス６３５の利得が増幅される。増幅器６４０の出力は、Ａ／Ｄ変換器６５０に入力され、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６５０から出力されたデジタル信号は、ＤＳＰ６６０に入力されて処理が行われる。ＤＳＰ６６０は、多くの処理機能を実行する。この機能には、限定するものではないが、参照により本明細書に組み込まれる出願に記載されているように、送信信号５０１が送信された時間から、受信信号５０２が受信された時間までの時間差を計算すること、マイクロ波アンテナプローブ５３１の先端からマーカ５２１までの距離を決定すること、プローブ１０２０の先端に対するマーカ４０の位置を決定すること、受信信号１０３４Ｒの振幅を測定すること、及び／又はマーカ４０がプローブ１０２０の先端に対して位置する方向を決定すること、が含まれる。ＤＳＰ６６０の出力は、表示ユニット１０４０のディスプレイ１０４２上に表示することができる。
【0063】
図１０Ａ乃至１０Ｄを参照すると、アンテナプローブ９３０の例示的な実施形態が示されており、これは本明細書に記載されたいずれかのシステムと方法に使用できる。一般的に、プローブ９３０は、ハウジング９４０、アンテナサブアセンブリ９５０、及びシールド９８０を具えている。選択的に、プローブ９３０は、例えば、ハウジング９４０の開口を囲むといった、プローブ９３０の一又はそれ以上の構成要素を囲む外側スリーブ又はカバー（図示せず）を具えており、汚染、曝露を低減する、及び／又は、プローブ９３０の内部部品を保護している。
【0064】
図１１に示すように、アンテナサブアセンブリ９５０は、送信アンテナ９６０ｔと受信アンテナ９６０ｒを具える。これらは各々ボウタイ構造を有しており、マルタクロスアンテナを形成する。図１２Ａ乃至１２Ｃに示すように、各アンテナ９６０は、誘電材料９６４でできたディスク又はその他の基板上に、互いに９０度（９０°）オフセットした一対のアンテナ素子９６２を具える。アンテナ素子９６２はそれぞれ個別に形成して、次いでディスク９６４に取り付ける、あるいはディスク９６４上に直接蒸着してもよい。例示的な実施形態では、アンテナ素子９６２は、セラミックディスク９６４の上面に蒸着した銀フィルム又はその他の材料から形成することができる。
【0065】
回路９７０はアンテナ９６０に接続されており、これは、例えば、適切なリードによってそれぞれのアンテナ素子９６２に接続された一又はそれ以上のトランス９７４とコネクタ９７６を設けたＰＣＢ９７２を具える。同軸ケーブル９７８をコネクタ９７６に接続して、本明細書に記載された他の実施形態と同様に、アンテナ９６０をシステムの他の構成要素に接続させる。
【0066】
図１２Ａ乃至１２Ｃに最もよく見られるように、ディスク９６４は、アンテナ要素９６２間に複数のラジアルスロット９６６を具える。したがって、アンテナ要素９６２は、スロット９６６内の空気によって実質的に互いから隔離されており、これによって感度が高くなり、クロストーク、及び／又はその他のノイズ、などが低減される。代替的に、スロット９６６は、所望の比較的低い誘電率を有するその他の絶縁材料、例えばフォーム等（図示せず）で充填して、アンテナ素子９６２を互いに実質的に隔離するようにしてもよい。
【0067】
図１０Ｄに示すように、ディスク９６４は、シールド９８０内に取り付けてもよい。これは、例えば、接着剤による接合、音波溶接、融着、協働コネクタ（図示せず）、などの一又はそれ以上により、ハウジング９４０の先端９４２に接続できる。図に示すように、シールド９８０は、例えば、例えば銅又は他の材料で形成した比較的薄い外側シールド９８４で取り囲まれ、ナイロン又はその他のポリマー材料でできたカラーで形成した内側絶縁層を具えており、ファラデーシールドを提供している。例示的な実施形態では、銅テープ層を端部を互いに固定した内部シールド９８２の周りに巻き付けている。代替的に、外側シールド９８４は、シールド材料でできたスリーブであってもよく、この中に内側シールド９８２を挿入して、例えば接着剤による接合、締まり嵌め、などによって取り付けることができる。
【0068】
図１０Ｄに示すように、シールド９８０は、ディスク９６４の厚さ「ｔ」よりも実質的に長い長さを有する。例えば、内側シールド９８２は、環状溝９８６を具えており、この中へディスク９６４を挿入して、例えば、締まり嵌め、接着剤による接合、その他で取り付けることができる。図に示すように、ディスク９６４の底面は、シールド９８０の遠位端とほぼ同一平面にあり、本明細書に記載されているように、インターフェースを提供して、ディスク９６４が使用中に組織に接触するようにしている。選択的に、マイラーフィルム又はその他の比較的薄い材料層（図示せず）をディスク９６４の底面及び／又はシールド９８０上に設け、例えば、流体又はその他の材料がチップに入り込むのを防止し、汚染を低減し、及び／又は、プローブ９３０の先端を保護することができる。
【0069】
続けて図１０Ｄ参照すると、ディスク９６４の上面（その上にアンテナ素子９６２、図示せず）は、シールド９８０内の空気の領域に曝されている。空気の誘電率が低いため、送信アンテナ９６０ｔからの送信は、遠位側、すなわちディスク９６４と接触している組織の方向に向けて集束する。ディスク９６４の材料が組織の誘電率と実質的に一致するように選択されると、組織への透過深度が強化される。ディスク９６４後方の空気は、それがなければ組織から離れた送信アンテナ９６０ｔによって放出されるであろう損失エネルギィを最小にすることができる。同様に、ディスク９６４は、組織に向けられた受信アンテナ９６０ｒの感度に焦点を合わせることができる。シールド９８０（ならびにアンテナ素子９６２間のスロット９６６）内のディスク９６４後方の空気は、クロストーク、ノイズを最小限に抑えることができ、及び／又はプローブ９３０の動作を向上させることができる。プローブ９３０及び／又は代替の実施形態に関する更なる情報は、参照により本明細書に組み込まれる出願に記載されている。
【0070】
図６のシステム１０１０は、例えば、胸部生検又は腫瘍摘出術のような医療処置中に使用して、病変又はその他の標的組織領域の位置の特定を容易にする、及び／又は、乳房９０又は他の身体構造からの検体の切除及び／又は除去を容易にする。なお、システム１０１０は、乳房病変の位置の特定に特に有用であると説明されているが、システム１０１０は、例えば、本明細書中に引用により組み込まれている出願に記載されているように、身体の他の領域にある他の物体の位置の特定に使用することもできる。
【0071】
処置の前に、標的組織領域、例えば腫瘍又は他の病変を、従来の方法を用いて認識することができる。例えば、乳房９０内の病変（図示せず）を、例えばマンモグラフィー及び／又はその他の画像化を用いて認識し、病変を除去するための決定を行うことができる。マーカ４０（本明細書に記載の実施形態のいずれかであり得る）を、例えば図８に示す送達装置２６０のような、針又はその他の送達装置を使用して、標的病変内又はその近傍で、乳房９０内に埋め込むことができる。
【0072】
いったんマーカ４０が埋め込まれると、図６に示すように、プローブ１０２０は患者の皮膚、例えば乳房９０に対して配置することができる。プローブ１０２０のアンテナからの信号が、光源からのパルス光と共に送出され、マーカ４０が、信号を受信してプローブ１０２０に戻すと、信号を受信してスイッチ５４を開閉する。プローブ１０２０によって受信される実質的なクラッタ、クロストーク又はその他のノイズがある場合、例えば、プローブアンテナ、マーカ４０の近くの患者の体内の組織又はその他の構造のために、二つの状態（スイッチ５４の開閉）からの反射信号が互いから減算され、その他のノイズが実質的に除去されて、プローブ１０２０がマーカ４０の認識及び／又は位置の特定を行うことができる。
【0073】
したがって、プローブ１０２０は、変調された反射信号を使用して信号の信号対雑音比を上げることができる。例えば、マーカ４０の変調は、マーカ４０及び／又はマーカ４０が埋め込まれた組織のインピーダンスを変調する。特に、セラミック基板１５０、１５０’に取り付けたアンテナ１４４、１４４’は、マーカ１４０、１４０’に接触しているあるいはマーカ１４０、１４０’を直接的に取り囲む組織の有効インピーダンスを変調して、減算によってプローブ１０２０が、このインピーダンスの変化に基づいて、マーカ１４０、１４０’を容易に検出及び／又は位置を特定することができる。したがって、アンテナ１４４、１４４’は、実際のアンテナとして作動するのではなく、隣接する組織の変調を可能にするプローブとして作動することができる。
【0074】
図８を参照すると、ディスプレイ１０４２は、ユーザに情報を表示して、乳房９０でのマーカ４０の位置の特定を容易にしている。例えば、ディスプレイ１０４２は、単純な読み出しであって、所定の基準、すなわち、マーカ４０からプローブ１０２０への相対距離に基づいて、距離、角度、方向、及び／又は他のデータを提供している。距離情報は、インチ（ｉｎｃｈ）又はセンチメートル（ｃｍ）などの長さの単位で距離を表わす数値として表示される。追加で、又は代替的に、ディスプレイユニット１０４０上のスピーカ１０４４は、例えば、プローブ１０２０がマーカ４０に近づくにつれてスピードが増加する間隔を空けたパルスといった、距離の可聴表示を生成することができる。別の代替例では、ディスプレイ１０４２は、マーカ４０、プローブ１０２０、プローブ１０２０からマーカ４０までの距離、及び／又はマーカを含む身体部分（例えば、乳房）の生理学的画像を描写したグラフィック画像（例えば、二次元又は三次元画像）を表わすことができる。
【0075】
例えば、図６に示すように、プローブ１０２０の遠位端１０２４は、患者の皮膚近傍に又は皮膚に接触して、例えば病変の上に、及び／又は病変及びマーカ４０の方に概ね向けられるように配置され、駆動される。プローブ１０２０の送信アンテナ（図示せず）は、送信信号１０３４Ｔを発し、これが組織を通って進み、マーカ４０から反射される。リターン信号１０３４Ｒは、プローブ１０２０内の受信アンテナ（図示せず）に戻り、これがマーカ４０とプローブ１０２０の遠位端１０２４との間の空間的関係、例えば距離及び／又は配向角を決定し、外科医の切除の適切な方向の決定を容易にする。
【0076】
更に、ほぼ同時に、プローブ１０２０は光パルス１０３８ａを送信し、マーカ４０のダイオード５２（図示せず、例えば図３Ａ及び図３Ｂ参照）によってこれが受信される。ダイオード５２は交互に電圧を発生し、スイッチ５４を開閉させる。これにより、マーカ４０は、プローブ１０２０に反射された信号の位相を変化させ、及び／又はこの信号を変調する。プローブは、この信号を例えば減算によって処理し、マーカ４０ひいては標的病変の位置を認識及び／又は位置を特定することができる。
【0077】
一実施形態では、プローブ１０２０のプロセッサは、二つのステップで位置の特定を行うことができる。すなわち、マーカ４０を認識する初期検出ステップと、プローブ１０２０からマーカ４０までの距離を決定する範囲検出ステップである。例えば、この検出ステップにおいて、プロセッサは、単純にリターン信号の振幅を用いて、マーカ４０を認識することができる。マーカ４０が認識されると、時間遅れを用いて、プローブ１０２０からマーカ４０までの距離を決定することができる。例えば、送信信号１０３４Ｔが送信アンテナによって送信される時間と、リターン信号１０３４Ｒが受信アンテナによって受信される時間との間の時間遅れは、プローブ１０２０からマーカ４０までの距離に比例しており、プロセッサは、この時間遅れに基づいて距離を決定し、ユーザに提示することができる。
【0078】
次いで、例えば、患者の皮膚に切開部を作り、中間組織を例えば病変周辺の標的マージンに対応する所望の深さに切開することによって、組織を切除することができる。組織標本は、例えば、切除した標本１０４６内にマーカ４０が残った状態で取り出すか、さもなければ除去することができる。
【0079】
選択的に、図８に示すシステムは、組織領域内に一緒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ことができる。例えば、複数のマーカ（図示せず）は、例えば、病変の周囲に離間して配置された乳房９０内に埋込んで、乳腺腫瘤の所望のマージンを画定することができる。プローブ１０２０は、各マーカに関する情報を提供することができるように、例えば、所定の配列又はその他の手順で各マーカを作動させることができる。
【0080】
例えば、上述したように、各マーカは、比較的狭い帯域幅の異なる赤外光によって作動し、プローブ１０２０は、異なる帯域幅のそれぞれにおいて赤外光パルスを順次送信して、マーカを作動させ、検出して、及び／又は位置の特定を行う。例えば、ＭＩＲパルスを送信する間に、プローブ１０２０は、第１の帯域幅を送信して、第１のマーカを作動させて検出し、その後、第２の帯域幅を送信して、第２のマーカを活性化して検出する。例えば、このサイクルを所望の態様で繰り返してマーカの位置に関する情報を提供する。代替的に、プローブ１０２０は、赤外光パルス中のコードを含んでいてもよく、例えば、個々のマーカを活性化及び／又は非活性化して、作動したマーカのみがスイッチを開閉してプローブ１０２０からのレーダ信号を変調するようにしてもよい。したがって、プローブ１０２０が受信した変調信号を減算すると、不作動マーカは検出可能な応答を生成しないが、作動したマーカが反射してレーダ信号を変調してプローブ１０２０に戻す。
【0081】
更に別の代替例では、個々のマーカが所定の周波数範囲のレーダ信号のみを反射するように、個々のマーカの特性を設定することができる。例えば、アンテナ及び／又はマーカの基板材料及び／又はその他の特性が異なっており、周波数の異なるレーダ信号に応答する異なるインピーダンス特性を提供することができる。この代替例では、プローブ１０２０は、第１の周波数でレーダ信号を送信して第１のマーカを活性化させて検出し、その後第２の周波数で第２のマーカを活性化して検出し、このサイクルを繰り返して、所望のようにすべてのマーカの位置を特定する。
【0082】
図１４を参照すると、組織（図示せず）内に埋め込まれたマーカ５４０を認識及び／又は検出するシステム５１０の別の例示的な実施形態の概略が示されている。一般に、システム５１０は、送信アンテナ５６０ｔ及び受信アンテナ５６０ｒなどの一又はそれ以上のアンテナと、一又はそれ以上の赤外光（ＩＲ）ＬＥＤなどのプローブ（図示せず）の遠位先端上に担持した光源５３６と、処理及び／又は表示ユニット（図示せず）と、例えば、図６乃至８に示すプローブ及びディスプレイユニットと同様の処理及び／又は表示ユニットと、本明細書及び本明細書中に参照により援用されている出願に記載されている他の実施形態を具える。代替的に、図１５に示すように、システム５１０’は、本明細書に更に説明されているように、単一のアンテナ５６０’と、アンテナ５６０’を介した信号の送受信を制御するサーキュレータ５６２’を具える。
【0083】
前述の実施形態とは異なり、図１６に示すように、作動時に、システム５１０（又は５１０’）のプローブは、送信アンテナ５６０ｔ（又はアンテナ５６０’）を介して、例えば正弦波などの実質的に連続したの無線周波数又はマイクロ波信号５７０を送信することができる。広帯域マイクロインパルスレーダ信号ではなく、信号５７０は、例えば、周波数が約３００ＭＨｚ乃至と３００ＧＨｚ、又は約３００ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの狭帯域信号であってもよい。ＲＦ信号５７０に同期して、光パルス５７２がＬＥＤ５３６を介して送信され、それによりマーカ５４０から反射され、赤外光パルス５７２によって変調されるリターンＲＦ信号５７４を生成する。図１４に示すように、システム５１０は、例えば、図１６に示すＩＦ信号５７６によって表され、以下に更に説明するように、一又はそれ以上のコントローラ、プロセッサ、回路、信号発生器、ゲート、及び／又は、送信アンテナ５６０ｔ及びＬＥＤ５３６によって送信される信号５７０，５７２を生成し、及び／又は受信アンテナ５６０ｒから受信したリターン信号５７４を処理するその他の構成要素を具えていてもよい。システム５１０の構成要素は、個別部品、ソリッドステートデバイス、プログラム可能デバイス、ソフトウェアコンポーネントなどを具えていてもよい。これらは、必要に応じて、プローブとディスプレイユニットとの間に分布させることができる。
【0084】
例えば、図１４を続けて参照すると、システム５１０は、例えば、所望の周波数の連続無線周波数又はマイクロ波正弦波信号を生成する波発生器５２０を具えていてもよい。この信号は、電力分割器５２２によって分割され、第１の信号５２２ａは増幅器５２４を介して信号５７０（例えば、図１６に示す信号５７０）を送信する送信アンテナ５６０ｔへ送達され、第２の信号５２２ｂは、混合器５２６の第１の入力５２６ａに送信される。更に、混合器５２６は、リターンアンテナ５６０ｒからのリターン信号５７４（例えば、図１６に示す５７４）を別の増幅器５２８を介して第２の入力５２６ｂで受信し、リターン信号５７２の振幅と位相の変調に関連する成分を含む中間周波数（ＩＦ）信号（例えば、図１６に示す信号５７６）を生成する。例えば、混合器５２６は、リターン信号５７２中の高周波のＲＦ成分を除去して、例えば、信号５７６などの、赤外光パルスによって引き起こされる変調から生じる比較的低い周波数成分のみを含む信号を生成する。
【0085】
特に、本明細書の他の実施形態と同様に、ＬＥＤ（ｓ）５３６からのＩＲ光は、マーカ５４０のアンテナに接続されたスイッチ（図示せず）を開閉するなど、２つのフォームファクタ間でマーカ５４０を交互に入れ替えて、例えば、図３Ａ及び３Ｂに示す構成と同様に、マーカ５４０及び／又は周囲の組織の反射特性を、変調することができる。例えば、図１６は、マーカンテナと、２つの構成に対応するＩＦ信号５７６の領域の交互の構成を示す。リターン信号５７４におけるその他の反射はＩＲ光変調に依存しないので、それらは変化することなく、例えばマーカ５４０の２つの反射状態に対応する信号部分の減算によってＩＦ信号５７６から除去することができる。
【0086】
システム５１０は、例えば、フィルタリングされ、バンドパスフィルタ５３２と、例えばプログラム可能な利得増幅器（ＰＧＡ）などの増幅器５３４によって増幅された後に、様々な構成要素を制御し、混合器５２６からのＩＦ信号を制御できる、たとえばマイクロプロセッサ５３０といった一又はそれ以上のプロセッサ、を具える。例えば、図１４に示すように、マイクロプロセッサ５３０は、同期変調検出器５３０ｂに接続されたアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）５３０ａを具えており、これは、ＩＲコントローラ５３０ｃ及び出力コントローラ５３０ｄに接続されている。混合器５２６からのＩＦ信号は、ＢＰフィルタ５３２に印加され、例えば利得コントローラ５３０ｅによってマイクロプロセッサ５３０によって制御されるＰＧＡ５３４によって増幅されるＬＥＤスイッチングの周波数に同調される。次いで、フィルタリングされて増幅された信号は、ＡＤＣ５３０ａ（又は、図示されていない外部ＡＤＣを用いて）でデジタル化され、リターンアンテナ５６０ｒからのリターン信号５７２の同期スイッチング成分の振幅を評価する同期変調検出器５３０ｂを用いて処理される。検出器５３０ｂで計算された振幅の値は、例えば出力コントローラ５３０ｄを介してユーザに出力され、プローブからマーカ５４０までの位置及び／又は距離の指標として一又はそれ以上の出力装置５３８に出力される。
【0087】
伝播損失があるため、リターン信号５７４の強度は、アンテナ５６０からマーカ５４０までの範囲に反比例する。したがって、検出器５４０ｂによって決定された振幅はプローブからマーカ５４０までの距離に反比例し、プローブがマーカ５４０が埋め込まれた組織領域の周りを移動すると、例えば、本明細書中の及び本明細書に組み込まれている出願の実施形態と同様に、プローブからマーカ５４０までの相対距離を表示するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、出力デバイス５３８は、計算した振幅が大きくなるにつれてパルスレートが高くなる、クリック又はその他のパルス出力を生成するスピーカであってもよく、それによってプローブがマーカ５４０に近いことを示し、例えば、患者の皮膚から標的組織領域までの最短経路を認識する。加えて、又は代替的に、出力装置５３８は、ディスプレイを具えていてもよく、これは、数値、バー、又は計算された振幅の強さを表示するその他の可視出力、ひいてはプローブからマーカ５４０までの相対距離を示すことができる。
【0088】
図１５に示すシステム５１０’は、概ねシステム５１０と同様の態様で作動する。しかしながら、この実施形態では、プローブは、信号の送信と受信の両方を行う単一のアンテナ５６０のみを具える。このようにするために、システム５１０’は、アンテナ５６０’に接続された入／出力端子５６３’を含むサーキュレータ回路５６２’を具える。例えば、信号発生器５２０’からの送信信号５２２ａ’は、増幅器５２４’による増幅後、サーキュレータ５６２’の入力に向けられ、サーキュレータ５６２’がこの信号を入／出力端子５６３’に向けて、アンテナ５６０’が信号５７０をマーカ５４０に向かって送信する。リターン信号５７４は、アンテナ５６０’と入力／出力端子５６３’で受信され、サーキュレータ５６２’によって、増幅器５２８’と混合器５２６’に接続されているサーキュレータ５６２’の出力に再度向けられる。混合器５２６’、マイクロプロセッサ５３０’、及びその他の構成要素は、次いで、上述した実施形態と同様にリターン信号を処理して、プローブからマーカ５４０までの範囲を示す出力を提供する。
【0089】
図１７を参照すると、組織（図示せず）内に埋め込まれたマーカ５４０（本明細書のいずれかの実施形態である）を認識及び／又は検出する更に別の例示的なシステム６１０の概略図が示されている。一般的に、システム６１０は、本明細書のその他の実施形態と同様に、例えばサーキュレータ回路６６２（又は、代替的に、別の送信及び受信アンテナ、図示せず）に接続された、例えば単一の送信／受信アンテナ６６０などの一又はそれ以上のアンテナと、その遠位先端部又はその遠位先端内に担持した一又はそれ以上の赤外光（ＩＲ）ＬＥＤｓ６３６などの光源と、処理ユニット及び／又はディスプレイユニット（図示せず）とを有するプローブ（図示せず）と、を具える。例えば、上述の実施形態と同様に、システム６１０は、例えば、電力分割器６２２によって第１及び第２の信号６２２ａ、６２２ｂに分割される、所望の周波数での連続無線周波数又はマイクロ波正弦波信号を生成する波発生器６２０を具える。第１の信号６２２ａは増幅器６２４を介してアンテナ６６０に供給され、レーダ送信信号６７０を送信する（例えば、図１６に示す信号５７０と同様）。
【0090】
上述の実施形態とは異なり、システム６１０は、クワドラチャ検波を利用して、レーダ信号の振幅と位相の変化を評価して、マーカ５４０の距離を個別に特定及び／又は測定する。例えば、クワドラチャ検波を提供するために、システム６１０は、分割器６２２からの第２の信号６２２ｂを受信し、混合器６２６１、６２６Ｑに接続されているクワドラチャ位相スプリッタ６６４を具える。この位相スプリッタ６６４は、第２の信号６２２ｂと同じである入力信号６６５Ｉを第１の混合器６２６Ｉに送り、第２の混合器６２６Ｑに供給される９０度シフトされたレプリカ６６５Ｑを生成する。混合器６２６Ｉ、６２６Ｑも、アンテナ６６０及びサーキュレータ６６２からのリターン信号６７４（例えば、図１６に示す信号５７４と同様）を、例えば別の増幅器６２８を介して受信する。
【0091】
混合器６２６Ｉ、２６２Ｑは、入力信号６６５Ｉ、６６５Ｑ及びリターン信号６７４を使用して、上述の実施形態と同様に、リターン信号６７２の振幅と位相の変調に関連する構成要素を含む２つの中間周波数（ＩＦ）信号Ｉ及びＱを生成する。次いで、このＩ及びＱ信号は、フィルタ６３２Ｉ、６３２Ｑによって帯域通過フィルタ処理され、例えば、利得制御部６３０ｅによって制御される同じ利得ＩＦ増幅器を用いて増幅器６３４Ｕ、６３４Ｑによって増幅され、プロセッサ６３０での処理のためにＡＤＣ６３０ａによって同時にデジタル化される。代替的に、図１８に示すように、システム６１０’には、高分解能のアナログ－デジタル変換器６３０ａ’が設けられており、これによって、バンドパスフィルタ６３２及び増幅器６３４の必要性を回避することができる（さもなければ、システム６１０’はシステム６１０と同様の構成要素と機能を具える）。プロセッサ６３０は、一又はそれ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、及び／又はその他の構成要素を具え、様々な構成要素を制御し、混合器６２６１、６２６ＱからのＩＦ信号Ｉ、Ｑを処理することができる。
【0092】
その他の実施形態と同様に、ＬＥＤ（ｓ）６３６からのＩＲ光が、例えば、マーカ６４０のアンテナに接続されたスイッチ（図示せず）を開閉するなど、２つのフォームファクタ間でマーカ６４０を交互に切り替えて、マーカ６４０の反射特性を変調する。周期的なＩＲ ＬＥＤ変調によって生じるマーカ６４０の反射特性の周期的な切り替えによって、両方のクワドラチャ成分（Ｉ及びＱ）は変調信号を含む。Ｉ及びＱデータ中のこれらの変調成分の振幅は、同期クワドラチャ変調検出器６３０によるアルゴリズムを用いて計算し、それぞれＩＡ及びＱＡを得る。次いで、伝播遅延に関連するＲＦ信号の減衰及び位相シフト（φ）に関連する振幅Ａは、以下の式で計算できる。
【0093】
【0094】
これらの量を使用して、プロセッサ６３０は伝搬時間と減衰の相対的変化、したがって較正方法を用いて伝播速度又は範囲を知る範囲変更を計算することができる。結果として得られた値は、例えば、出力コントローラ６３０ｄを介してユーザに、プローブからマーカ６４０までの位置及び／又は距離の指標として、一又はそれ以上の出力装置６３８に出力することができる。
【0095】
例示的な方法では、システム６１０は、例えば、本明細書のその他の実施形態と同様に、リターン信号の振幅を最初に使用して、マーカ６４０を認識及び／又は検出することができる。マーカ６４０が認識されると、システム６１０は、振幅と位相シフトの両方を用いて、範囲検出、すなわちアンテナ６６０からマーカ６４０までの距離を提供することができる。図１９は、システム６１０の概略図であり、システム６１０によって画定された様々な経路を使用して組織９０内に埋め込まれたマーカ６４０の範囲検出のための例示的な方法を示す。
【0096】
図１９に示すように、ＩＱ復調器は、図１７に示す位相スプリッタ６６４と混合器６２６Ｉ、６２６Ｑを具えており、信号発生器６２０によって生成された送信信号に対するマーカ６４０からのリターン信号からのクワドラチャ成分Ｉ及びＱが生成される。リターン信号（ＳＩＱ）は、２つの成分を含む。
【0097】
ＳＩＱ＝Ｓｉｎｔｅｒｆａｃｅ＋Ｓｍａｒｋｅｒ
【0098】
ここで、Ｓｉｎｔｅｒｆａｃｅは、ほとんどが図１９の経路０－１－３に沿った伝播遅延から生じる信号、すなわち、信号発生器６２０からアンテナ６６０へ送られ、サーキュレータ６６２を通ってＩＱ復調器へ戻る信号であり、Ｓｍａｒｋｅｒは、経路０－２－３に沿った伝搬遅延から生じる信号、すなわち、信号発生器６２０からアンテナ６６０及び組織９０を介してマーカ６４０へ送られ、ＩＱ復調器に戻る信号である。これらは：
【0099】
Ｓｉｎｔｅｒｆａｃｅ ＝ ＡＩ ｅｘｐ（ｉλｃ Ｄ0１３）
【0100】
Ｓｍａｒｋｅｒ ＝ ＡＭ ｅｘｐ（ｉλＣＤ0１３＋ｉλＴＤ１２１）、
として規定される。
として規定される。
【0101】
ここで、Ｄ１２１は、アンテナ６６０のインターフェースからマーカ６４０までの距離又は範囲の２倍である。ＡＩ及びＡＭは、それぞれ、インターフェースとマーカ反射の複素振幅であり、それぞれ伝搬の減衰及び反射位相シフトを捕捉する。マーカ６４０からの比較的小さい反射のために、ＡＩ＞＞ＡＭ及びＳＩＱの位相は主にＳｉｎｔｅｒｆａｃｅの位相によって決定される。ＡＭ振幅の値は、上述したように、光パルスによるマーカ反射の変調により時間的に変化し、以下のように変化する。
【0102】
ＳＩＱ
ＩＲ ｏｎ＝ＡＩ ｅｘｐ（ｉλＣＤ0１３＋ＡＭ
ＩＲ ｏｎｅｘｐ（ｉλＣＤ0１３＋ｉλＴＤ１２１）
【0103】
ＳＩＱ
ＩＲ ｏｆｆ＝ＡＩ ｅｘｐ（ｉλＣＤ0１３＋ＡＭ
ＩＲ ｏｆｆｅｘｐ（ｉλＣＤ0１３＋ｉλＴＤ１２１）
【0104】
ＩＱ復調器は、信号発生器６２０から元の信号を取り込むことができ（例えば、図１７に示す分割器６２２によって分割される）、これは図１９の経路０－４に対応する。この取り込んだ信号を信号３と混合して、例えば図２０Ａと図２０Ｂに示すように、平面Ｉ、Ｑ内のベクトルと考えることができる２つのＤＣ信号Ｉ及びＱを生成する。このベクトルは、マーカ６４０の反射特性が変化するにつれて、例えば、ＳＩＱ ＬＥＤ ｏｎとＳＩＱ ＬＥＤ ｏｆｆとの間で、周期的な光パルスがオン及びオフすることによって変化する。ベクトルＳＩＱは、上述したように、送信－リターン経路内の二つの反射、すなわち、ＳｉｎｔｅｒｆａｃｅとＳｍａｒｋｅｒを表わす二つの主要な構成要素からなる。Ｓｉｎｔｅｒｆａｃｅは環境反射を含み、これは主として組織表面とのアンテナインターフェースからの寄与で一定のままであり、Ｓｍａｒｋｅｒはマーカ６４０から反射された信号を表わす。
【0105】
ＩＱ復調器は、結果として生じるベクトル成分を取り込み、最良近似又はその他のアルゴリズムを用いて、その範囲、すなわちアンテナからマーカ６４０までの距離に対応する出力を提供することができる。
【0106】
本明細書の任意の実施形態と共に示された要素又は構成要素は、特定の実施形態の例示であり、本明細書に開示された他の実施形態上で、又はそれらと組み合わせて使用されてもよいことが理解されよう。
【0107】
本発明は、様々な修正及び代替形態が可能であるが、その特定の例が図面に示されており、本明細書において詳細に記載されている。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態又は方法に限定されるものではなく、逆に、本発明は、特許請求の範囲内に入るすべての修正、均等物及び代替物を包含するものであることを理解されたい。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6-7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】