检测用于手术指导的磁性标记物的系统和方法技术方案

一种检测系统和方法使用包含至少一个大巴克豪森跳跃材料（LBJ）的可植入磁性标记物。标记物被部署以标记身体中的组织部位，以用于随后的手术，并且磁性检测系统包括手持探针以在低于翻转磁场下激励标记物，以用于标记物的双稳态开关，从而在亚双稳态模式状态中产生谐波响应，亚双稳态模式允许检测和定位标记物。可植入标记物也可以短于启动LBJ材料的双稳态开关所需的临界长度。开关所需的临界长度。开关所需的临界长度。

System and method for detecting magnetic markers for surgical guidance

【技术实现步骤摘要】
检测用于手术指导的磁性标记物的系统和方法
专利

[0001]本专利技术一般涉及手术指导领域，更具体地涉及用于检测有助于定位身体部位的标记物的系统和方法，例如，用于手术切除的病变。

技术介绍

[0002]标记物用于在外科手术期间将外科医生引导至感兴趣的区域，其中感兴趣的部位在物理上不可见或不可触知的，例如需要切除的小肿瘤。理想地，这种标记物可通过窄规针展开，例如，18g至14g，以减少对患者的创伤。通常，这种标记物的长度小于5mm，以使得不显眼并且使创伤最小化。标记物可以在活组织检查或其他外科手术过程中放置在身体感兴趣的部位，例如癌症病变部位。将标记物置于成像引导下，例如超声波或X射线/乳房X射线照相术。在随后的手术期间，使用手持探针检测和定位标记物，该手持探针向外科医生提供听觉、视觉或其他反馈以指导手术。通常，标记物与周围组织一起被切除。
[0003]一种这样的方法是使用含有放射性同位素，例如碘90，的标记物，其可以使用手持γ检测探针检测。然而，放射性物质的使用受到严格管制，因此在除了最大的学术医院中心以外的所有地方建立放射性种子计划具有挑战性。
[0004]US 2017/252124（Cianna Medical，西安娜医学）公开了一种定位系统，其使用射频（RF）和红外（IR）辐射的组合来检测可植入雷达天线形式的标记物。然而，该系统受到IR辐射的低组织穿透深度、对良好IR传播的紧密组织接触的需要、以及缺乏通常与包含天线和电子电路的可植入装置相关联的稳健性的限制。
[0005]US2015 / 264991（Health Beacons，健康信标）公开了另一种基于射频识别（RFID）标签的系统，该系统已被用作宠物和牲畜的身份标记物。这种方法的缺点是小型RFID标签构成偶极天线，当垂直于偶极轴接近时，该偶极天线具有“死点”。这可能会导致使用该系统定位病变的外科医生的混淆。充分小型化RFID标签以便于临床植入也是一项挑战。
[0006]在申请人的早期公开的专利申请（例如，WO2011 / 067576，WO2014 / 032235和WO2014 / 140567）中讨论了另一种方法，使用磁场和具有高磁化率的磁性标记物。手持探针产生交变场，其激励磁响应标记物，并检测响应磁场。该方法对于更深的感应是有效的并且避免了RF方法的缺点。然而，这些系统将检测探针附近的任何磁响应材料，例如铁磁手术工具或其他金属植入装置。这意味着为了有效操作，它们需要与非铁磁手术器械一起使用并远离其他金属植入物。另外，这种探针可响应用于乳腺癌中前哨淋巴结检测的氧化铁纳米颗粒悬浮液。
[0007]因此证明了提供具有定位损伤所需的所有特性的标记物和检测系统是有问题的，即：小尺寸（<10mm长）的标记物；通过小针（例如16g
‑
18g）递送标记物的能力；使用手持探针检测标记物的能力；对于植入和手术切除而言是稳健的，以及能够将病变标记物与其他磁响应材料区分开的检测系统。
[0008]在电子物品监视（EAS）的远程领域中，改善磁检测的信噪比（SNR）的技术，及在存
在其他材料的情况下提高检测的特异性的技术是已知的。例如，US 4510489描述了具有磁致伸缩铁磁材料条带的标签，其在共振频率下产生响应。其他标签采用磁声共振或磁性材料的其他非线性特性。然而，这些标记物通常需要至少30至40mm的最小长度，以在低等至中等询问场产生可测量的响应，远高于可植入标记物的可接受长度。
[0009]Humphrey的US 4660025公开了在其磁化曲线中使用具有大巴克豪森不连续性的非晶态线作为电子物品监视系统的一部分。这些“大巴克豪森跳跃”（LBJ）材料在被外部磁场激励时会受到磁极化的快速反转，外部磁场与导线的瞬时磁极化相反的磁场强度超过预定阈值。因此，该材料表现出双稳态行为，在两个磁极化状态之间反转。每次磁化反转都会产生带有谐波分量的磁脉冲。测量谐波的轮廓和数量（达到数十个谐波）以从其他材料中识别标记物。标记物的最佳长度被描述为长2.5和10cm之间，同样基本上超出植入标记物所需的长度。该方法的优点在于包括产生强磁响应的单件材料。
[0010]Sulla（利用用于生物应用中的感应的磁性微线，Jnl.of Elec.Eng.，VOL 66.NO 7 / s，2015，161
‑
163）描述了用于医疗应用的玻璃膜微线，作为植入物，特别是通过施加外部磁场，然后使用大巴克豪森跳跃型双稳态行为进行磁力检测。他们得出结论，功能感应需要一根长度为40mm的导线。
[0011]然而，对于这种双稳态行为，需要满足两个标准：线的长度必须超过“临界长度”值，对于许多微线，该值通常> 25mm；已经该磁场必须超过阈值“翻转磁场”H
SW
。此外，双稳态行为在频率小于3kHz时效果最佳。
[0012]Von Gutfeld的US 6230038描述了使用具有非线性响应的磁线来标记肿瘤以指导放射疗法治疗。标记物包括被驱动到其磁化曲线的非线性区域中的铁质材料，或者被驱动的双稳态LBJ线，使得它呈现双稳态行为。该方法需要用大线圈环绕患者的大型外部设备，产生足够高的磁场以将标记物驱动成非线性行为。在癌症手术期间，这种装置会使手术部位模糊不清。
[0013]这些条件使得现有技术中描述的这种大巴克豪森跳跃行为不适合用作病变定位标记物，原因如下：
·
大多数此类材料的大巴克豪森跳跃所需的临界长度大于5
‑
10mm，这使得它们太大而不能方便地标记可能只有几毫米大的小病灶。
[0014]·
翻转磁场必须高于阈值才能驱动双稳态行为。在物品监视应用中，可以采用大面积激励和感应线圈，其直径在几十厘米的范围内，以产生大的磁场，使得能够在一米或更大的范围内检测到小线的存在。然而，对于手术指导，需要通过手持或自动引导的检测探针更精确地定位标记物。这将检测线圈的尺寸限制为通常小于20mm的直径，从而限制了可以检测标记物的距离。检测灵敏度根据距线圈的距离的二阶（在近场中）或三阶（在远场中）进一步减小。如果在探针中也产生驱动场，则探测能力随着距探针的距离每四阶或每六阶减小。因此，尽管US 4660025公开了可通过0.6
‑
4.5 Oe（0.06
‑
0.45mT）的翻转磁场激励的EAS标记物，US6230038公开了具有至少1Oe的翻转磁场，但是可以在距离手持探针大约40mm处产生的磁场是在考虑电流，电压，功率和温度范围限制时，在0.5 x 10
‑
3 ~ 0.05 Oe（0.05~5μT）的范围内，即低一到两个数量级。
[0015]·
对于某些LBJ材料，启动LBJ响应的磁场随频率增加，这意味着线在较高频率下变得更难激励。因此，现有技术规定频率低于3kHz，优选地，远低于1kHz。这对于手术指导是
不希望的，其中为了从被检测的非常小的磁场中最大化信噪比，期望在多个周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在体内定位多个不同标记物的检测系统，所述检测系统包括：具有不同长度和/或不同几何形状的多个可植入标记物，每个所述可植入标记物包括至少一个磁性材料，所述磁性材料在阈值翻转磁场的磁化曲线中表现出大巴克豪森跳跃；至少一个驱动线圈，其被配置成用交变磁场激励所述标记物、至少一个感应线圈，其被配置成检测从每个被激励的标记物接收的信号；磁场发生器，其被配置成通过所述至少一个驱动线圈驱动所述交变磁场；以及至少一个检测器，其被配置成接收来自所述感应线圈的信号，并检测谐波响应，其中谐波响应包括每个所述多个标记物的接收信号中的驱动频率的一个或多个谐波，其中所述至少一个驱动线圈将所述标记物在所需的所述阈值翻转磁场下激励，以启动所述标记物的LBJ材料双稳态开关行为，并且所述检测器被配置为在低于所述阈值翻转磁场的亚双稳态模式下检测所述标记物的接收信号，所述谐波响应在所述阈值翻转磁场下检测和定位标记物；并且其中不同的可植入标记物是基于它们不同的谐波响应来区分的。2.根据权利要求1所述的检测系统，其中所述系统被配置为通过检测限定手术部位的周界或边缘的所述多个可植入标记物来检测手术部位的周界或边缘。3.根据权利要求1或2所述的检测系统，其中所述系统被配置为从任何方向测量所述谐波响应的强度，以确定所述多个标记物的方向。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂齐亚诺，
申请(专利权)人：安都磁学有限公司，
类型：发明
国别省市：