(57)【要約】      （修正有）【課題】患者にカテーテルを使用する前にその接続状態を認識することが可能なカテーテルシステムを提供する。【解決手段】カテーテルシステムは、電子コンソールと、コンソールに取付け可能な近位端、及び光プローブを中に収容するように構成された遠位端を有するカテーテルと、光応答信号をコンソールに返すように構成された光ファイバと、光応答信号の強度を検出するように構成された検出器と、光応答信号の検出された強度に基づいて、カテーテルがコンソールに適切に接続されているかどうかを決定するように構成されたプロセッサとを含む。光応答信号は、光ファイバ自体から生成された自己蛍光信号及び／又はラマン散乱信号である。【選択図】図３
2020078543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子コンソールと、
励起放射線を出射するように構成された励起光源と、
前記コンソールに取付け可能な近位端、及び光プローブを中に収容するように構成された遠位端を有するカテーテルと、
前記励起光源から出射された励起放射線を前記コンソールから前記光プローブまで伝送するように構成され、励起放射線の波長よりも長い波長を有する光応答信号を収集するように構成された光ファイバと、
前記光応答信号の強度又は波長を検出するように構成された検出器と、
検出された前記強度又は前記波長に基づいて、前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかを決定するように構成されたプロセッサと、
を備え、
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起放射線を伝送することに応じて、前記光ファイバ自体の中で光子散乱及び自己蛍光のうちの少なくとも１つによって生成される、
カテーテルシステム。
【請求項２】
前記光ファイバは、前記光ファイバの長手軸と同心のコアと、前記コアを囲む内側クラッディングと、前記内側クラッディングを囲む外側クラッディングとを備えるダブルクラッドファイバである、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項３】
前記光応答信号は、前記光ファイバの前記内側クラッディング及び／又は前記外側クラッディングを形成するために用いられたドーパント材料から生成された自己蛍光信号であり、前記自己蛍光信号は、前記光ファイバの前記内側クラッディング及び／又は前記外側クラッディングを通して前記励起放射線を伝送することに応じて生成される、請求項２に記載のカテーテルシステム。
【請求項４】
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起放射線を伝送することに応じて前記光ファイバ自体から生成されたラマン散乱信号である、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記光ファイバの長手軸と同心のコアと、前記コアを囲む内側クラッディングと、前記内側クラッディングを囲む外側クラッディングとを備えるダブルクラッドファイバであり、
前記ラマン散乱信号は、前記光ファイバの前記コアを形成するために用いられたシリカ材料から生成され、前記ラマン散乱は、前記光ファイバの前記コアを通して前記励起放射線を伝送することに応じて生成される、請求項４に記載のカテーテルシステム。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記カテーテルの前記近位端から前記遠位端へ延びる中心長手軸を有するダブルクラッドファイバであり、前記ダブルクラッドファイバは、前記長手軸と同心のコアと、前記コアを囲む内側クラッディングと、前記内側クラッディングを囲む外側クラッディングとを備える、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項７】
前記励起放射線を出射するように構成されたレーザ源を更に備え、前記励起放射線の前記波長は約４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項８】
プロセッサは、特定の波長又は特定の波長範囲における検出された前記光リターン信号を分析することによって、前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかを決定する、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項９】
前記リターン光信号から前記励起光を分離するように構成された自由空間ビームコンバイナを更に備え、
前記自由空間ビームコンバイナは、前記励起光が前記検出器に返されることを阻止するように構成された１つ以上の光フィルタを含む、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項１０】
前記励起源と異なる放射線源を更に備え、
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起放射線を伝送することに応じて前記光ファイバ自体の自己蛍光又はラマン散乱に関連して生成され、
前記放射線源は第１の波長の放射線を出射し、前記放射線源から出射された前記第１の波長の放射線は、前記光ファイバを介して前記光プローブに結合され、前記光プローブの遠位端を囲むエリアから、前記光プローブによって第２の波長の放射線が収集され、
前記プロセッサは、前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかの決定に基づいて、前記第１の波長の放射線を出射するように前記放射線源を制御する、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項１１】
前記カテーテルの前記近位端に操作可能に接続された患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）、
を更に備え、
前記ＰＩＵは、光ファイバロータリジョイント（ＦＯＲＪ）、回転モータ及び並進ステージを含み、
前記光ファイバは、保護シース内に設けられたダブルクラッドファイバであり、
前記ＦＯＲＪは、第１の波長を有する前記励起放射線と、前記励起光源以外の１つ以上の光源からの第２の波長を有するＯＣＴ放射線との途切れない伝送を提供するように構成され、
前記ＦＯＲＪは、プルバック操作時に前記カテーテル内の前記ダブルクラッドファイバを回転させながら、収集された放射線の前記検出器への途切れない伝送を提供するように構成される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項１２】
電子コンソールへのカテーテルの光接続を決定する方法であって、前記カテーテルは、前記コンソールに取付け可能な近位端と、光プローブを中に収容するように構成された遠位端と、前記遠位端から前記光プローブまで延びる光ファイバとを有し、前記方法は、
前記カテーテルの前記近位端を前記コンソールに接続するステップと、
光源からの励起放射線を前記光ファイバを通して前記光プローブに伝送し、励起放射線の波長よりも長い波長を有する光応答信号を収集するステップと、
前記光応答信号の強度又は波長を検出するステップと、
検出された前記強度又は前記波長に基づいて、前記カテーテルの前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかを決定するステップと、
を含み、
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起放射線を伝送することに応じて、前記光ファイバ自体の中で光子散乱及び自己蛍光のうちの少なくとも１つによって生成される、
方法。
【請求項１３】
前記光ファイバは、前記ファイバの長手軸と同心のコアと、前記コアを囲む内側クラッディングと、前記内側クラッディングを囲む外側クラッディングとを備えるダブルクラッドファイバである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光応答信号は、前記ファイバの前記内側クラッディング及び／又は前記外側クラッディングを形成するために用いられたドーパント材料から生成された自己蛍光信号であり、前記自己蛍光信号は、前記光ファイバの前記内側クラッディング及び／又は前記外側クラッディングを通して前記励起放射線を伝送することに応じて生成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起放射線を伝送することに応じて前記光ファイバ自体から生成されたラマン散乱信号である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記光ファイバは、前記ファイバの長手軸と同心のコアと、前記コアを囲む内側クラッディングと、前記内側クラッディングを囲む外側クラッディングとを備えるダブルクラッドファイバであり、
前記ラマン散乱信号は、前記光ファイバの前記コアを形成するために用いられたシリカ材料から生成され、前記ラマン散乱信号は、前記光ファイバの前記コアを通して前記励起放射線を伝送することに応じて生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光ファイバを通して励起放射線を伝送する前記ステップは、約４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲にある前記励起放射線を出射するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかを決定する前記ステップは、特定の波長又は特定の波長範囲における検出された前記光リターン信号を分析するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
自由空間ビームコンバイナを用いて前記リターン光信号から前記励起光を分離するステップであり、前記自由空間ビームコンバイナは、前記励起光が前記光ファイバから前記コンソールに返されるのを阻止するように構成された１つ以上の光フィルタを含む、ステップと、
励起光を検出することなく前記リターン光信号を検出するステップと、
を更に含み、
前記カテーテルの前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されているかどうかを決定する前記ステップは、前記光リターン信号の検出された前記強度が所定の閾値よりも高いかどうかを決定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記カテーテルの前記光プローブが前記コンソールに適切に接続されていると決定したことに応じて、前記励起放射線と異なるＯＣＴ放射線を出射するステップ、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
光プローブがデバイスに適切に接続されているかどうかをテストするための装置であって、
励起ビームを出力するように構成されたレーザ源と、
前記レーザ源からの前記励起ビームを前記光プローブまで伝送するように構成され、光ファイバ自体から生成された光応答信号を収集するように構成された光ファイバと、
前記光応答信号の強度又は波長を検出するように構成された検出器と、
検出された前記強度又は前記波長に基づいて、前記光プローブが前記デバイスに適切に接続されているかどうかを決定するように構成されたプロセッサと、
を備え、
前記光応答信号は、前記光ファイバを通して前記励起ビームを伝送することに応じて、前記光ファイバ自体の中で光子散乱及び自己蛍光のうちの少なくとも１つによって生成され、
前記光応答信号は前記励起ビームの波長よりも長い波長を有する、装置。
【請求項２２】
照射ビームを出力するように構成されたＯＣＴ光源、
を更に備え、
前記光プローブが前記デバイスに適切に接続されていると前記プロセッサが決定したことに応じて、前記光ファイバは前記ＯＣＴ光源からの前記照射ビームを前記光プローブに伝送し、前記光プローブは前記照射ビームをサンプル上に向ける、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年９月１４日に出願された米国特許非仮出願第１６／１３１６６２号に対する優先権を主張する。上述の出願の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本願の開示は、一般に光学イメージングに関し、特に、コンソールへのファイバベースの内視鏡又はカテーテルの光接続を評価するためのシステム及び方法に関する。光接続は、スペクトル及び強度などのファイバベースのラマン散乱信号又は蛍光信号を用いて評価される。
【背景技術】
【０００３】
カテーテル及び内視鏡などの光ファイバベースプローブは、ヒト及び動物の内臓にアクセスしイメージングするために開発されており、今では様々な医療分野で一般に使用されている。例えば心臓学では、血管及び他の体管腔の構造画像及び／又は分子画像をカテーテルで取得するために、光干渉断層法（ＯＣＴ）、白色光後方反射、近赤外分光（ＮＩＲＳ）及び蛍光光プローブが開発されている。一般にシース、コイル及び光プローブを備えるＯＣＴカテーテルは、手動制御又は自動制御によって、管腔を通してナビゲートされる。心臓学では、カテーテルは冠状動脈へナビゲートされる。
【０００４】
ＯＣＴ及び他のファイバベースカテーテルは、一般に、患者ユニットインタフェース（ＰＩＵ）を介してコンソールに取付け可能であり、よってカテーテルは、安全な方法で機械的に接続される必要がある。機械的な接続に加えて、カテーテルの光プローブは、コンソールとカテーテルとの間の適切な光の伝送を保証するために、ＰＩＵの他の光学素子に係合し位置合わせされる必要がある。したがって、コンソールへの光プローブ接続を評価することは、患者にカテーテルを使用する前にその接続状態を認識するために非常に望ましい。このようにして、不測の位置合わせ不良又は切離しが生じたとき、コンソールシステムは、潜在的なエラーを医療関係者に警告することができる。
【０００５】
光プローブの接続を評価するための従来の技法は、一般に、ＯＦＤＲ（光周波数領域反射率測定）などの干渉法、又はリターンパワー損失分析を含む。ＯＦＤＲは、一般に、電気通信の分野においてファイバ接続、挿入損失、ファイバ破損などを検出するために用いられる（例えば米国特許第６００９２２０号及び第５６２５４５０号を参照）。リターンパワー損失は、分光カテーテルのファイバ接続を評価するために遠位光プローブからの損失を測定する技法を指す（例えば米国特許第７１３２６４５号を参照）。患者に対する使用の前に内視鏡の状態を評価するための他の技法として、内視鏡が使える状態にあるかどうかを決定する専用試験装置の使用（米国特許第８７５８２２３号）と、以前に確立された閾値のデータベースと比較した光学試験の実行（米国特許第６０６９６９１号）とが挙げられる。
【０００６】
干渉法では、接続を確認するために、カテーテルシース及び／又は光プローブの遠位端を検出する必要がある。しかしながら、光プローブごとに長さが異なるので、干渉計の周波数は様々である。場合によっては、システム周波数範囲から外れるために検出が失敗してしまう。様々なタイプのカテーテル又は内視鏡に適応させるには、システムは、周波数範囲を拡大させるために複雑になる。また、カテーテルシースの近くに置かれた物体は、曲げ又は干渉を理由に干渉分析に影響を与え、結果として検出の信頼性を損なうことになる。リターンパワー検出法では、異なるインタフェース段階における後方反射パワーが評価されるが、反射は、非常に弱いか、又は伝送損失（減衰）を経るおそれがあるので、光プローブ接続を高い信頼性で検出することは困難である。更に、専用試験装置の使用により、内視鏡の接続状態を評価するのに必要なコスト及び時間が増大してしまう。その上、機器の光学試験を以前に確立された閾値と比較することは、内視鏡の各タイプ又はモデルに固有の以前に確立された閾値の値のみに評価を制限してしまう。
【発明の概要】
【０００７】
本特許出願は、上述の最新技術を改善することを目的とする。本願の態様によれば、システムは、光プローブ自体からのラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号を検出することによって、カテーテル又は内視鏡の光プローブ接続の状態を評価することができる。接続の評価は光プローブ自体のラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号を用いて実行されるので、本明細書で開示する方法は、カテーテルが患者に挿入される前でさえ、信頼性の高い光プローブ接続の検出を達成することができる。加えて、ラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号は光プローブ自体から得られるので、カテーテル又は内視鏡のタイプ又はモデルに関係なく、光プローブ接続を正確に評価することができる。
【０００８】
本発明の一態様によれば、カテーテルシステムは、電子コンソールと、コンソールに取付け可能な近位端、及び光プローブを中に収容するように構成された遠位端を有するカテーテルと、コンソールから光プローブまで第１の波長の励起放射線を伝送するように構成され、第１の波長よりも長い第２の波長を有する光応答信号をコンソールに返すように構成された光ファイバと、光応答信号の強度を検出するように構成された検出器と、光応答信号の検出された強度に基づいて、光プローブがコンソールに適切に接続されているかどうかを決定するように構成されたプロセッサとを含み、光応答信号は、光ファイバを通して励起放射線を伝送することに応じて、光ファイバ自体の中で光子散乱及び自己蛍光のうちの少なくとも１つによって生成される。
【０００９】
別の態様によれば、電子コンソールへのカテーテルの光接続を決定する方法が開示される。カテーテルは、コンソールに取付け可能な近位端と、光プローブを中に収容するように構成された遠位端と、遠位端から光プローブまで延びる光ファイバとを有する。本方法は、カテーテルの近位端をコンソールに接続するステップと、光源からの励起放射線を光ファイバを通して光プローブに伝送し、励起放射線の波長よりも長い波長を有する光応答信号を収集するステップと、光応答信号の強度又は波長を検出するステップと、検出された強度又は波長に基づいて、カテーテルの光プローブがコンソールに適切に接続されているかどうかを決定するステップとを含む。光応答信号は、光ファイバを通して励起放射線を伝送することに応じて、光ファイバ自体の中で光子散乱及び自己蛍光のうちの少なくとも１つによって生成される。
【００１０】
本発明の更なる態様によれば、マルチモダリティシステムは、第１のモダリティ及び第２のモダリティと、カテーテルと、プロセッサとを含む。本発明の更なる態様によれば、マルチモダリティシステムは、第１のモダリティ及び第２のモダリティと、カテーテルと、プロセッサとを含む。カテーテルは、コンソールに取付け可能な近位端と、光プローブを中に収容するように構成された遠位端と、遠位端から光プローブまで延びる光ファイバとを有する。カテーテルは、それを通して第１のモダリティからの第１の放射線と第２のモダリティからの第２の放射線とを伝送して、サンプルを照射するように構成される。それを通して第１の放射線及び／又は第２の放射線を伝送することに応じて、光ファイバは、光ファイバ自体の中で生成されたラマン散乱信号及び／又は蛍光信号の形態の光信号応答を生成する。１つ以上の検出器は、ファイバ自体によって生成された光信号応答の強度又は波長を検出するように構成される。１つ以上の検出器はまた、第１のモダリティの第１の放射線でサンプルを照射することに応じてサンプルの関心領域から出射された収集散乱光に基づいて干渉パターンを検出し、第２のモダリティの第２の放射線でサンプルを照射することに応じて関心領域から出射された蛍光光に基づいて蛍光強度を検出するように構成される。プロセッサは、干渉パターンと、サンプルから出射された検出蛍光強度とを処理して、関心領域の１つ以上の画像を生成するように構成される。プロセッサは、更に、光応答信号の検出された強度又は波長に基づいて、光プローブがコンソールに適切に接続されているかどうかを決定するように構成される。特に、コンソールへの光プローブの接続の状態を決定することに応じて、プロセッサは、接続状態をユーザに通知して、安全でない照射を防止するか、又は第１のモダリティからの第１の放射線及び／又は第２のモダリティからの第２の放射線によるサンプルの安全な照射を保証するように構成される。一実施形態では、第１のモダリティはＯＣＴシステムであり、第２のモダリティは蛍光サブシステムである。
【００１１】
本発明の更なる特徴及び有利な効果は、添付の図面を参照した例示的な実施形態の以下の説明から当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、冠状動脈又は他の体管腔をイメージングするための例示的なマルチモダリティカテーテルシステムを示す図である。
【図２】図２Ａは、患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）の関連部分の１つの例示的な実装を概略的に示す図である。図２Ｂは、光ファイバロータリジョイント（ＦＯＲＪ）内で１対１の光接続として用いられる自由空間光学系の例示的な実装を示す図である。
【図３】図３Ａは、光ファイバロータリジョイント（ＦＯＲＪ）内のマルチモダリティ光接続のために用いられる自由空間光学系の例示的な実装としての自由空間ビームコンバイナを示す図である。図３Ｂは、ファイバコリメータユニットの例示的な実装を示す図である。
【図４】図４Ａは、例示的な光線がサンプルに入射する状態におけるカテーテルの遠位端に配置された光プローブの一例を示す図である。図４Ｂは、サンプルに対するカテーテルの遠位端の例示的な移動と、サンプルによって散乱され光プローブによって収集される例示的な光線とを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、検出されたＯＣＴ信号に基づいて光プローブ接続を評価する比較例をグラフで示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、検出されたＯＣＴ信号に基づいて光プローブ接続を評価する比較例をグラフで示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、検出されたＯＣＴ信号に基づいて光プローブ接続を評価する比較例をグラフで示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、励起レーザ光並びに光プローブファイバ自体から得られたラマン信号及び／又は自己蛍光信号の例示的なスペクトルのグラフである。
【図５Ｅ】図５Ｅは、検出されたラマン信号及び／又は自己蛍光信号の強度が閾値レベルと比較されることに応じた、光プローブ接続状態を示す例示的なグラフである。
【図６】図６Ａは、カテーテルの光プローブを用いて励起光でサンプルを照射したときに得られたファイババックグラウンド信号及び組織信号のスペクトルのグラフである。図６Ｂは、ファイババックグラウンド信号を除去した後の組織信号のスペクトルを示すグラフである。
【図７】図７Ａは、測定されたファイババックグラウンド信号及び組織信号からの信号対雑音比（ＳＮＲ）の計算結果のグラフである。図７Ｂは、光プローブのファイバから得られたラマン信号及び／又は自己蛍光信号から検出された自己蛍光強度レベルのグラフである。
【図８】図８Ａは、マルチモダリティカテーテルに接続された電子コンソールの例示的な実装を示す図である。図８Ｂは、マルチモダリティカテーテルシステムにおいて制御及び画像処理を実行するための例示的なコンピュータ制御システムのブロック図である。
【図９】図９は、光プローブ接続検出及び画像生成を実行するようにマルチモダリティシステムを制御するための例示的なフロープロセスを示す図である。
【図１０】図１０Ａは、マルチモダリティカテーテルシステムのための光ファイバ構成の例である例示的なファイババンドルの断面図である。図１０Ｂは、マルチモダリティカテーテルシステムのための光ファイバ構成の例である例示的なマルチファイバ構造の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明では、開示する発明を実施及び実践することができる例示的な実施形態の説明図である添付図面を参照する。しかしながら、当業者であれば、本開示の新規性及び範囲から逸脱することなく他の構造及び機能の変更を展開できることを理解されたい。
【００１４】
説明を参照する際、開示する実施形態を完全に理解できるようするために、具体的な詳細が記載される。本開示のいくつかの態様はコンピュータシステムによって実施されてよく、コンピュータシステムは、一般に、命令を含むデータを処理するための１つの以上のプロセッサと、データ及び命令又はプログラムを格納するためのランダムアクセス（揮発性）メモリ（ＲＡＭ）と、静的情報及び命令を格納するための読出し専用（不揮発性）メモリ（ＲＯＭ）と、情報及び命令を格納するための磁気又は光学のディスク及びディスクドライブなどのデータ記憶デバイスと、情報をユーザに表示するための表示装置（例えばＬＣＤ又はＯＬＥＤモニタ）などの任意のユーザ出力デバイスと、情報及びコマンド選択をプロセッサに伝えるための英数字キー及びファンクションキーを含む任意のユーザ入力デバイス（例えばキーボード又はタッチスクリーン）と、ユーザ入力情報及びコマンド選択をプロセッサに伝えるためのポインティングデバイス（例えばマウス）などの任意のユーザ入力デバイスとを含む。
【００１５】
本願において、記載する実施形態は、装置、方法、又は１つ以上のプログラムを格納する非一時的コンピュータ可読媒体製品として実施することができる。それに応じて、いくつかの実装は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又はソフトウェア態様とハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形をとってよく、それらは全て、概して、本明細書では「モジュール」、「ユニット」又は「システム」と呼ばれることがある。フローチャート及び／又はブロック図を参照して以下で説明するいくつかの実施形態は、コンピュータ実行可能プログラム命令によって実施されてよい。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に格納されてよく、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置によって実行されたとき、コンピュータ又は処理装置又はプロセッサを、コンピュータ可読媒体に格納された命令がフローチャート及び／又はブロック図において指定された機能／動作／ステップを実施する命令及びプロセスを含む製品を構成するように、特定の方法で機能させる。
【００１６】
本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、部品及び／又はセクションを説明するために、第１、第２、第３などの用語が使用される場合がある。これらの要素、構成要素、領域、部品及び／又はセクションは、これらの指定の用語によって限定されないことを理解されたい。これらの指定の用語は、ある要素、構成要素、領域、部品又はセクションを別の領域、部品又はセクションと区別するためにのみ使用されている。したがって、以下で論じる第１の要素、構成要素、領域、部品又はセクションは、単に区別を目的として、しかし限定ではなく、構造又は機能の意味から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、部品又はセクションと呼ぶことができる。
【００１７】
本明細書で使用される場合、単数形（“ａ”，“ａｎ”及び“ｔｈｅ”）は、文脈上明確に別段の指示がない限り、複数形も含むことが意図される。更に、「含む（“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”及び／又は“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”）」、「備える（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”及び／又は“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」、「成る（ｃｏｎｓｉｓｔｓ及び／又はｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、記述された特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を指定するが、明示的に記述されていない１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除しないことを理解されたい。更に、本開示において、「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という移行句は、特許請求の範囲において指定されていないいかなる要素、ステップ又は構成要素も除外する。更に、いくつかの請求項はいかなる任意の要素も除外するように起草され得ることに留意されたい。そのような請求項は、請求項の要素の列挙に関連して「単独で（ｓｏｌｅｌｙ）」、「〜のみ（ｏｎｌｙ）」などの排他的な用語を使用することがあり、又は「消極的な」限定を使用することがある。
【００１８】
本明細書で使用される場合、「内視鏡」という用語は、体腔又は臓器の内部を見るために光プローブによって誘導された光を用いる、剛性又は可撓性の医療機器を指す。内視鏡が自然な開口を通して挿入される医療処置は、内視鏡検査と呼ばれる。専用の内視鏡は、一般に、気管支鏡検査時の口、又はＳ状結腸鏡検査での直腸など、内視鏡が使用されるように意図された方法又は場所にちなんで名付けられる。他の例として、膀胱鏡（膀胱）、腎臓鏡（腎臓）、気管支鏡（気管支）、喉頭鏡（喉頭）、耳鏡（耳）、関節鏡（関節）、腹腔鏡（腹）及び胃腸内視鏡が挙げられる。「カテーテル」という用語は、一般に、広範囲の医療機能を実行するために狭い開口を通して体腔に挿入されるように設計された、医療グレード材料製の可撓性で細い管状機器を指す。「光カテーテル」という更に具体的な用語は、医療グレード材料製の保護シースの内部に設けられ光イメージング機能を有する、１つ以上の可撓性光伝導ファイバの細長い束を含む医療機器を指す。光カテーテルの特定の例は、シース、コイル、保護体及び光プローブを備える光ファイバカテーテルである。
【００１９】
本開示では、「光ファイバ（“ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ”，“ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ”）」又は単に「ファイバ」という用語は、全反射として知られる効果に起因して一方の端部から別の端部まで光を伝導することができる細長く可撓性の光伝導導管を指す。「ファイバ」という用語は、１つ以上の光伝導ファイバを指すことがある。ファイバは、光が誘導される透明で均質のコアを有し、コアは均質のクラッディングで囲まれる。コアの屈折率は、クラッディングの屈折率よりも大きい。設計選択に応じて、一部のファイバは、コアを囲む多数のクラッディングを有することができる。
【００２０】
本明細書で使用される場合、「光干渉断層法」という用語又はその頭文字「ＯＣＴ」は、マイクロメートルスケールの軸方向及び横方向の分解能でミリメートル侵入（組織においておよそ２〜３ｍｍ）を与える、干渉法による光断層撮影イメージング技法を指す。「ラマン分光」という用語は、ラマン散乱の原理に基づいて非弾性散乱光を収集することによって、サンプルの特定分子含有量を明らかにする光学技法を指す。光子が媒体を通って伝搬するとき、光子は吸収事象と散乱事象の両方を経る。吸収では、光子のエネルギーは材料に完全に移動し、それにより、伝熱（内部変換）、又は蛍光及び燐光などの再放出現象のいずれかが生じる。散乱は通常非弾性プロセスであり、入射光子はエネルギーを保持する。ラマン散乱では、光子は、分子レベルでエネルギーを媒体に与えるか又は媒体から取得する。エネルギー移動が電子バンドギャップのオーダーである蛍光とは対照的に、ラマン散乱に関連するエネルギー移動は、分子の振動モードのオーダーである。このような振動モードは、分子に固有であり、特有のラマンスペクトルシグネチャを全ての分子に与える。ラマンスペクトルは、波数（ｃｍ-1）を単位にして周波数シフト（１／λ）の関数としてプロットされる。蛍光は、ある波長の光を吸収し、内部変換を経て、次いで電子遷移の結果として、より長い波長の光を再放出する物質に関連する。一例として、「蛍光ペン」フェルトペンマーカは、青色及び紫外線光を吸収し、次いでそれを緑色として放出するので、緑色に「光る」ように見える。蛍光は、化学的モニタリングのための強力な技法を提供する。
【００２１】
以下、いくつかの図面を参照して、例示的な実施形態がより詳細に説明される。図中、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【００２２】
＜マルチモダリティカテーテルシステム＞
第１の実施形態によれば、マルチモダリティカテーテルシステムは、ＯＣＴシステム及び蛍光サブシステムを含み、それらは、サンプルを照明しサンプルからの光を収集するための共通光プローブを共有する。カテーテルは、シース、コイル、保護体及び光プローブを有する。光プローブは、光ファイバコネクタ、光ファイバ及び遠位光学アセンブリを有する。ＯＣＴシステムは、干渉計と、干渉計のサンプルアームに配置されたカテーテルとを含む。少なくとも２つのクラッドをもつ光ファイバ（ダブルクラッドファイバ又はＤＣＦとしても知られている）の遠位端に取り付けられた集束要素（ＧＲＩＮ又はボールレンズ）を含む光プローブを有するカテーテルは、サンプルアームに対して脱着可能である。蛍光サブシステムは、同じカテーテルと、干渉計とは別個の励起光源とを含む。
【００２３】
＜ＯＣＴシステム＞
より具体的には、図１は、冠状動脈又は頸動脈をイメージングするための血管内ＯＣＴ／蛍光カテーテルシステムとして適用することができる、干渉ＯＣＴモダリティ及び蛍光分光モダリティを含む例示的なマルチモダリティカテーテルシステム１００を示す。代替として、マルチモダリティシステム１００は、他の体管腔をイメージングするための内視鏡システム（内視鏡）として適用することができる。図１に示すように、システム１００は、サンプルアーム及び参照アームを有する干渉計から成るＯＣＴモダリティと、ＯＣＴ光源１１０（第１の光源）と、検出器ユニット１２０と、データ取得ユニット１３０と、コンピュータ１９０とを含む。干渉計のサンプルアームは、カテーテルコネクタ１８０を介してカテーテル１６０に接続された患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）１５０を含む。参照アームは反射器１４０を含む。干渉計は、光ファイバで実装されたマイケルソン干渉計を含む任意の干渉計構成のものとすることができる。加えて、システム１００は、光ファイバ８１１を介して同じカテーテル１６０に同様に接続され、ＰＩＵ１５０を介してコンピュータ１９０に接続された励起光源８１０（第２の光源）から成る蛍光サブシステム（蛍光モダリティ）を含む。一実施形態では、システム１００は、ＯＣＴ光源１１０としての波長掃引型ソースレーザ（ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ  ｌａｓｅｒ）（波長１３１０ｎｍ±５０ｎｍ）と、蛍光サブシステムの励起光源８１０としてのＨｅＮｅレーザ（波長６３３ｎｍ）とを用いる。
【００２４】
カテーテル１６０は、その軸に沿って近位端から遠位端まで延びるシース、コイル、管状保護体及び光ファイバ１０７を有する。一実施形態では、ファイバ１０７はダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）である。近位端において、カテーテルは、カテーテルコネクタ１８０を介してＰＩＵ１５０に取外し可能に接続されるように構成され、カテーテル１６０の遠位端は、その中に、例えばファイバの遠位端に取り付けられたボールレンズを含む遠位光学アセンブリ（光プローブ）を収容するように構成される。遠位光学アセンブリ（光プローブ）は、代替として、ファイバ１０７の遠位端に取り付けられた屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズと屈折素子（例えば回折格子）との組合わせを含んでよい。更なる代替実施形態では、光プローブは、米国特許出願公開第２０１６／０３４９４１７号に記載されているように、光ファイバ１０７の遠位端を所定の角度に研磨し、その上にナノインプリントリソグラフィ技法により屈折素子（回折格子）を形成することによって形成されてよい。光プローブは、所望の用途の設計選択及び光学的／機械的制約に応じて、側方ビューイメージング用又は正面ビューイメージング用に構成することができる。
【００２５】
動作中、光源１１０からの光は、サンプルアームを通ってサンプル１７０に誘導され、かつ参照アームを通って反射器１４０に誘導される。サンプル１７０及び反射器１４０から返る光は、ビームコンバイナ１０４で干渉を受け、それによって、ＯＣＴ干渉パターンが生成される。具体的には、光源１１０からの光は、スプリッタ１０２（ファイバスプリッタ又はビームスプリッタ）によってサンプルビームと参照ビームとに分割され、それらは、それぞれの光ファイバ（標示なし）を介してそれぞれサンプルアームと参照アームに誘導される。サンプルアームでは、サンプルビームはサーキュレータ１０５に入り、ファイバ１０６（例えば単一モードファイバ）に進み、それ以後サンプルビームは、ＰＩＵ１５０を介してカテーテル１６０に送られる。カテーテル１６０は、その近位端においてコネクタ１８０を介してＰＩＵ１５０に接続され、ＰＩＵ１５０は更にコンピュータ１９０に接続される。コンピュータ１９０の制御下で、ＰＩＵ１５０はサンプルビームを導いて、サンプル１７０を走査方式で照射する。サンプル１７０によって反射及び／又は散乱されたサンプルビームの光は、カテーテル１６０の遠位端に配置された遠位光学アセンブリ（光プローブ）によって収集され、収集された光は、同じファイバ１０７又は他の収集ファイバ（図示せず）のいずれかを通してＰＩＵ１５０に送り返される。収集された光は、ＰＩＵ１５０から、ファイバ１０６によって誘導されてサーキュレータ１０５に返る。次に、ＰＩＵ１５０に配置されたビームコンバイナは、収集された光をサーキュレータ１０５に送り、次いでサーキュレータ１０５は、サンプルビームの収集された光をコンバイナ１０４に誘導する。
【００２６】
同時に、参照アームにおいて、参照ビームの光はサーキュレータ１０３に入り、標示のない光ファイバを介して反射器１４０に送られる。時間ドメインＯＣＴ（ＴＤ  ＯＣＴ）イメージングの場合には、反射器１４０は走査ミラーとして実装されてよい。また、周波数ドメインＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）イメージングの場合には、反射器１４０は固定ミラーとして実装されてよい。反射器１４０から反射された参照ビームの光はサーキュレータ１０３を通り抜け、また、サーキュレータ１０３によってコンバイナ１０４に誘導される。このようにして、サンプルビームと参照ビームはコンバイナ１０４で結合され、サンプルビームと参照ビームによって形成された干渉パターンは、１つ以上の第１の検出器１２１（ＯＣＴ検出器）によって検出されて、ＯＣＴ原理に従って干渉信号を生成する。
【００２７】
ここで、光ファイバサーキュレータ（例えば図１のサーキュレータ１０３又はサーキュレータ１０５）は、信号ルータとして働くパッシブな偏光無依存の３ポートデバイスであることに留意されたい。第１のファイバからの光は、第１のポートを介してサーキュレータに入力され、第２のポートを介して第２のファイバに導かれる。第２のファイバを通って返る光は、第３のポートを介して実質的に損失なしに第３のファイバに再び導かれる。すなわち、第１のポートに入力された光は、第３のポートファイバへは直接結合されず、第２のポートに入力される光は、第１のポートファイバへは全く結合されない。したがって、光サーキュレータ（１０３及び１０５）により、サンプルビームと参照ビームの平衡した出力が可能になり、ＯＣＴ干渉計から正確な干渉パターンが得られる。しかしながら、他の均等な光学構成（例えばミラーとビームスプリッタの組合わせ）を光サーキュレータの代わりに用いることができる。
【００２８】
干渉計の出力（干渉パターン）は、検出器１２１（第１の検出器）によって検出される。第１の検出器１２１は、複数のフォトダイオード（例えばフォトダイオードのアレイ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）、カメラのマルチアレイ、又は他の同様の干渉パターン検出デバイスによって実装することができる。第１の検出器１２１から出力された信号は、第１のデータ取得電子カード（ＤＡＱ１）１３１によって前処理される。ＤＡＱ１は、ＯＣＴ信号をデジタル化し、ＯＣＴデータをコンピュータ１９０に転送する。データ取得（ＤＡＱ）は、より一般には、電圧、電流、温度、圧力又は音などの電気的信号又は物理的信号をコンピュータで測定するプロセスを指すことに留意されたい。ＤＡＱシステムは、センサ、測定ハードウェア及び実行可能ソフトウェアを含んでよい。本開示では、ＤＡＱユニット（モジュール又はシステム）は、ＯＣＴシステム及び蛍光サブシステムからの信号をコンピュータ１９０で測定するのに必要なハードウェア及び／又はソフトウェアを指す。このようにして、コンピュータ１９０は、検出器１２１から出力されたＯＣＴ信号の信号処理を実行して、ＯＣＴ画像を生成する。サンプルビームと参照ビームとの干渉によって形成された干渉パターンは、サンプルアームの経路長が光源１１０のコヒーレンス長内で参照アームの経路長と一致するときにのみ生成される。
【００２９】
＜蛍光サブシステム＞
蛍光モダリティ（蛍光サブシステム）では、励起光源８１０（第２の光源）は、６３３ｎｍの波長をもつ励起光を出射する。励起光は、最初に、ファイバ８１１を通してＰＩＵ１５０に誘導され、ＰＩＵ１５０のビームコンバイナは、ファイバ１０７を介してカテーテル１６０の遠位光学系に励起光を伝送する。このようにして、カテーテル１６０は更に、ＯＣＴ光の波長と異なる波長を有する励起光でサンプル１７０を照射する。サンプル１７０は、励起光で照射されたことに応じて、約６３３〜９００ｎｍの広帯域波長をもつ自己蛍光（ＮＩＲＡＦ信号）又は蛍光（ＮＩＲＦ信号）を発する。自己蛍光（又は蛍光）光は、カテーテル１６０の遠位光学系によって収集され、ＰＩＵ１５０に接続された光ファイバ１０８を介して蛍光検出器１２２（ＤＥＴ２）に送られる。検出器１２２から出力された蛍光信号（蛍光強度信号）は、データ取得電子カード１３２（ＤＡＱ２）によってデジタル化され、デジタル化された蛍光データは、画像処理のためにコンピュータ１９０に伝送される。
【００３０】
マルチモダリティカテーテルシステム１００は、図１では、説明しやすくするために別個の要素から構成されているように示されている。しかしながら、医療処置を行うときは、異なる要素（例えば干渉計、ＰＩＵ、コンピュータなど）を含み、カテーテルなどの医療機器を電気的に結合するための接続ポートを有するコンソールが、一般に使用される。医療処置を行うために機器をコンソールに電気的に結合するための接続ポートを有するコンソールの一例は、米国特許出願公開第２０１７／０３３３０１３号に記載されている。
【００３１】
＜患者ユニットインタフェース（ＰＩＵ）＞
図２Ａは、カテーテル１６０（図１に示す）の近位端に取外し可能に接続される患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）１５０の関連部分の１つの例示的な実装を概略的に示す。図２Ａに示すように、ＰＩＵ１５０は、外側ハウジング２０２に入れられており、外側ハウジング２０２は、カテーテル１６０の光プローブの制御に有用な機械コンポーネント、電子コンポーネント及び光学コンポーネントのためのハウジングとしての役割を果たす。ＰＩＵ１５０のハウジング２０２内に、自由空間光コネクタ２１０、回転モータ２２０、電動並進（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）移動ステージ２１４から成る光ファイバロータリジョイント（ＦＯＲＪ）が含まれる。一方の端部に、ＰＩＵ１５０は光学／電気コネクタ２１６を備え、ＰＩＵ１５０の他方の端部に、ＰＩＵ１５０はカテーテルコネクタ２１８を備える。コネクタ２１６は、保護ジャケット２０４ａに入れられた１つ以上のファイバ２０６ａと、ＰＩＵ１５０の電子配線接続部２１５とを、コンピュータ１９０を含む操作コンソールに接続する役割を果たす。コンソールはケーブルバンドルを介してＰＩＵに接続する。保護ジャケット２０４ｂに入れられたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）２０６ｂの第１の端部は、自由空間コネクタ２１０の一部であり、ＤＣＦ２０６ｂの他方の端部は、コネクタ２１８を介してカテーテル１６０に接続される。
【００３２】
モータ２２０及び電動並進ステージ２１４は、カテーテル１６０の移動可能な構成要素を作動させるために、回転トルク及び並進トルクを供給する。モータ２２０は、標示のないシャフトを駆動して第１のギア２１２を回転させ、第１のギア２１２は、回転トルクを第２のギア２１１に伝える。モータ２２０は、ベースプレート５１３に機械的に固定される。加えて、電動並進ステージ２１４もベースプレート２１３に固定される。電動並進ステージ２１４は、カテーテル１６０内の可動構成要素の直線移動（管腔への挿入又はプルバック（ｐｕｌｌｂａｃｋ））を制御するために並進トルクを供給する役割を果たす。支持梁２０８は、カテーテル１６０内の可動構成要素の並進動作に支持及び方向制御を与える。言い換えれば、支持梁２０８は、並進動作のための直線ガイドとしての役割を果たす。電動並進ステージ２１４は、プルバック操作時に並進トルクを供給するためにも用いられる。コネクタ５１８は、カテーテル１６０に対して機械的に脱着可能であるカテーテルコネクタである。図２Ａには単一のファイバ２０６ａ及び単一のＤＣＦ２０６ｂが示されているが、複数のファイバを用いて、ＯＣＴ光源１１０からの光及び励起光源８１０からの光をＰＩＵ１５０に伝送することができる。
【００３３】
図２Ｂは、ＦＯＲＪの一部である自由空間光コネクタ２１０の例示的な実装の簡略図を示す。自由空間光コネクタ２１０は、１対のレンズ２１０１及びレンズ２１０２などの自由空間光学系を含む。ＦＯＲＪにより、ロータ側（右側）でダブルクラッドファイバ２０６ｂを回転させている間、光源（１１０及び８１０）の一方又は両方からカテーテル１６０への光放射線の途切れない伝送が可能となる。ＦＯＲＪは、ロータ側とステータ側とを分離するために自由空間光ビームカプラを有する。ロータ側及びステータ側は、各々、光が平行ビームとして確実に伝送されるように、少なくともファイバ及びレンズを含む。ロータ側はカテーテル１６０に接続され、ステータ側はＰＩＵ１５０内の光学サブシステムに接続される。回転モータ２２０は、回転トルクをロータ又は回転側に送る。図２Ｂから、レンズ２１０１はファイバ２０６ａから分離される必要がなく、同様に、レンズ２１０２はファイバ２０６ｂから分離される必要がないことを理解されたい。平行ビームがステータ側からロータ側に伝えられる（逆の場合も同様）限り、レンズ２１０１及びレンズ２１０２は、ファイバ２０６ａとファイバ２０６ｂとの間の任意の位置に配置することができる。実際は、製造を簡便にするために、レンズ２１０１とレンズ２１０２は、ファイバ２０６ａとファイバ２０６ｂのそれぞれの先端に融着するか、又はエポキシ若しくは樹脂で接着することができる。
【００３４】
＜自由空間ビームコンバイナ＞
図３Ａは、自由空間光コネクタ２１０内に実装することができる自由空間ビームコンバイナ３００の例示的な実施形態を示す。図３Ａに示すビームコンバイナ３００は、図２Ｂで示す自由空間光コネクタ２１０のより詳細な図である。自由空間ビームコンバイナ３００は、ＦＯＲＪのステータ側からロータ側を分離する役割を果たす。ロータ側は、カテーテルコネクタ２１８（図２Ａに示す）によって光プローブに接続され、ステータ側は光学サブシステムに接続される。
【００３５】
図３Ａにおいて、自由空間ビームコンバイナ３００は複数のファイバコリメータユニットを含み、複数のファイバコリメータユニットは、ステータ側のＯＣＴ光チャネル３０２、リターン光信号チャネル３０４、励起光チャネル３０６及びロータ側の光プローブチャネル３０８として機能する。自由空間ビームコンバイナ３００はまた、複数のダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロイックフィルタ）３１０Ａ及び３１０Ｂと、１つ以上のミラー３１２と、１つ以上の光フィルタ３２０とを更に含む。図３Ａに示すように、ＯＣＴチャネル３０２は、ＯＣＴ光を両方向に伝送する（照明及び収集）。励起光チャネル３０６は、一方向にのみ（コンソールから光プローブに）励起光を伝送する。光プローブチャネル３０８は、ＯＣＴ光及び励起光を光プローブに（かつカテーテルを通してサンプルに）伝送し、光プローブチャネル３０８はまた、光プローブから検出器に光を送り返す役割を果たす。そして次に、リターン光信号チャネル３０４は、光プローブチャネルから返された応答信号をコンソールの方に伝送する。
【００３６】
ＯＣＴ光源１１０からのＯＣＴ光は、ＯＣＴチャネル３０２、ダイクロイックミラー３１０Ａ及び光プローブチャネル３０８を通って進んで、図示されていないサンプルを照射する。励起光チャネル３０６は、励起光源８１０からの光をサンプルに伝送する。その目的で、励起光ビームは、励起光チャネル３０６を通って進み、ミラー３１２によってダイクロイックビームスプリッタ３１０Ｂの方に誘導され、励起光はダイクロイックビームスプリッタ３１０Ｂを通って途切れずに進んで、ダイクロイック３１０Ａによって光プローブチャネル３０８の方に再び導かれる。本明細書の他の箇所でより詳細に説明するように、光プローブチャネル３０８を通して伝送された励起光により、光プローブは、自己蛍光及び／又はラマン散乱の形態の応答光信号を生成する。ダイクロイックビームスプリッタ３１０Ａ及び３１０Ｂは、ＯＣＴ光と、励起光と、プローブ自体によって生成されたリターン光信号（ラマン散乱及び自己蛍光）とを含む異なる波長の光を分離及び誘導する役割を果たす。ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタとすることができる１つ以上の光フィルタ３２０は、リターン光信号チャネル３０４の前に配置されて、光プローブから返ってくるラマン散乱及び／又は自己蛍光信号が１つ以上の光フィルタ３２０を通って進めるようにし、また、蛍光検出器における励起光ノイズを最小にする必要性のために励起光が検出器に返ることを防ぐ。光フィルタ３２０（ローパス又はバンドパス）の遮断波長は、約６４５〜７００ｎｍから選択される。
【００３７】
＜光プローブ接続＞
図３Ａに示すように、チャネル３０８のファイバコリメータユニットの一方の端部は自由空間ビームコンバイナ３００に接続し（かつその一部であり）、コリメータユニットの他方の端部（第２の端部）は光プローブに接続する。光プローブがその近位端にファイバコネクタを有し、プローブのそのファイバコネクタがチャネル３０８のファイバコリメータユニットに接続されるので、チャネル３０８のファイバコリメータユニットと光プローブのファイバコネクタとの光学的位置合わせを確認することは重要である。大部分の光ファイバコネクタは、突出フェルールをもつプラグ又はいわゆる雄コネクタであり、突出フェルールは、中心にファイバを保持し、２つのファイバを嵌合するために、又は光源若しくは検出器にファイバを接続するために、ファイバを位置合わせする。ファイバコネクタは、通常、２つのコネクタフェルールを嵌合させるために嵌合アダプタ部分を用い、嵌合アダプタは、接続部分をロックするためにコネクタの固定機構（バイオネット、ねじ止め又はスナップイン）に適合する。フェルール設計は、嵌合アダプタへの接続のために、又はＬＥＤ及びＶＣＳＥＬのような光源若しくはＰＩＮフォトダイオードのような検出器への直接接続のために、特有のものにすることができる。光ファイバベースカテーテルを用いた医用イメージングの分野では、光カテーテルコネクタの設計は、無菌使用と、信頼できる性能と、組立てやすさと、直観的な接続及び切離しの手順との要件を満たさなければならない。その目的で、カテーテルコネクタは、カテーテルコネクタとＰＩＵとの間の適切な係合が達成されたという明瞭な表示を提供すべきである。
【００３８】
本願では、図１に示すように、カテーテルコネクタ１８０は、カテーテル１６０のファイバ１０７をＰＩＵ１５０に接続する。図３Ａにおいて、光プローブチャネル３０８の回転可能なファイバコリメータユニット３８０は、カテーテル１６０のファイバ１０７に係合及び係脱するように構成される。図３Ｂは、ファイバコリメータユニット３８０をより詳細に示す。ファイバコリメータユニット３８０は、スリーブ３８２及びフェルール３８４を含む。フェルール３８４は、その中心にファイバ１０７のコア１０７１を保持する。ファイバコリメータユニット３８０は、一方の側でファイバ１０７に接続及び整列し、他方の側でレンズ３８１に接続及び整列し、その結果、光はステータからロータに、かつロータからステータに、確実に伝送される。レンズ３８１は、エポキシ又は樹脂材料などの接着材料３８５でスリーブ３８２に取り付けられる。ファイバコリメータユニット３８０は、光プローブを係合させるために、光ファイバ１０７の軸の周りでのコネクタの回転を必要とするバイオネット型コネクタとして実装されてよい。代替として、ファイバコネクタは、ファイバコリメータユニット３８０の第２の端部において、ラッチコネクタ、プラグ−ジャックコネクタ、スナップインコネクタなどとして実装されてよい。このようにして、ファイバコリメータユニット３８０の第２の端部におけるファイバコネクタは、カテーテル１６０のファイバコネクタに係合及び係脱する役割を果たす。チャネル３０２、３０４及び３０６に対応するファイバコリメータユニットは、それらのファイバコリメータユニットが回転可能でないことを除いて、ファイバコリメータユニット３８０と同様の構造を有する。
【００３９】
＜光プローブ＞
図４Ａは、カテーテル１６０の遠位端（光プローブ）の例示的な図を示す。図４Ａに示すように、カテーテル１６０は、透明なシース４１０、コイル４２０、透明な保護体４３０及び光プローブ４５０を有する。カテーテル１６０の遠位端に配置された光プローブ４５０は、ダブルクラッドファイバ４５２、レンズ４５４（例えばＧＲＩＮレンズ又はボールレンズ）並びに反射素子及び／又は回折素子（例えばプリズム）４５６を含む。カテーテル１６０は、その近位端において、コネクタ１８０を介してＰＩＵ１５０（図１に示すような）に接続される。図４Ａに示すコイル４２０は、カテーテル１６０の近位端から遠位端へ回転トルクを送る。上述したように、回転トルクは、ＰＩＵ１５０に位置付けられた回転モータ２２０によって供給される。カテーテル１６０の遠位端において、回折素子４５６（例えばミラー、プリズム又は回折格子）の反射面又は回折面は、横方向の照明光（サンプルビーム）をサンプル（管腔空洞の壁）の方に偏向する。図４Ａに示すように、光プローブ４５０は側方ビューイメージング用に構成され、サンプル表面に入射した照明光は、カテーテルの軸Ｏｘを横切る線に沿って進む。光プローブの設計に応じて、照明光は、正面ビューイメージングのために長手軸Ｏｘと実質的に平行な方向に誘導されてもよい。
【００４０】
光プローブ４５０は、コイル４２０の内面にしっかりと取り付けられ、その結果、ダブルクラッドファイバ４５２の遠位端（先端）は、光プローブ４５０と一緒にスピンして（回転して）、イメージングされる血管などの中空器官（管腔）の内面の全方向ビュー（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｖｉｅｗ）を取得する。光プローブ４５０の近位端において、ダブルクラッドファイバ４５２は、図示されていないファイバコネクタを介してＰＩＵ１５０に接続される。ダブルクラッドファイバ４５２は、以下でより詳細に説明するように、コアを通してＯＣＴ光を送りかつ収集し、クラッディングを通してサンプルからの後方散乱光及び蛍光光を収集するために用いられる。レンズ４５４は、サンプルから作動距離（Ｗｄ）のところにカテーテル１６０を設けることによって、サンプルへの光及び／又はサンプルからの光を集束させ収集するために用いられる。ダブルクラッドファイバ４５２のクラッディングを通して伝送される後方散乱光の強度は、コアのサイズがクラッディングよりも非常に小さいので、コアを通して収集される後方散乱光の強度よりも比較的高い。
【００４１】
図４Ｂは、カテーテルとサンプル表面（血管壁）との間の様々な距離で、管腔空洞（血管）の壁を撮像するカテーテル１６０の遠位光学系を示す。図４Ｂに示すように、蛍光及び後方散乱光は、複数の作動距離（Ｗｄ１、Ｗｄ２、Ｗｄ３…）において収集することができる。したがって、検出された蛍光強度は、カテーテルと管腔空洞壁（血管サンプルの壁）との間の距離の関数として検出することができる。すなわち、収集された蛍光の検出強度は、カテーテルからサンプル（血管壁）までの距離の増加とともに減少する。
【００４２】
＜ファイバベースのラマン散乱及び蛍光光信号応答＞
ラマン分光を光干渉断層法（ＯＣＴ）と組み合わせた光ファイバカテーテル構成は、以前の特許出願及び学術出版物によって提案されている。例えば、Ｍｏｔｚ他、“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４３巻、３号、２００４年１月２０日、米国特許出願公開第２００８／０３０４０７４号（Ｂｒｅｎｎａｎ）及び米国特許出願公開第２０１２／０１７６６１３号（Ｍａｒｐｌｅ他）を参照されたい。これら及び他の出版物において、生物組織からのラマンスペクトル、すなわち、約４００〜２０００ｃｍ-1の波数領域のラマンスペクトルを光ファイバを通して収集することは、ファイバ自体からのラマン信号（バックグラウンド信号）によって複雑になることが見出されている。ファイバのバックグラウンド信号の強度は、検査されている組織からのラマン散乱信号に等しいか、又は大きくさえある。ファイバのバックグラウンド信号は、溶融石英コア及び／又はクラッディングからのラマン散乱と、ファイバコア及び／又はクラッディングを製造するために用いられた不純物及びドーパント（一般にカテーテルで使用されるファイバの全長（およそ１〜３メートル）に沿って分布する）からの蛍光とから成る。
【００４３】
Ｍａ他は、“Ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｅｔｔｉｎｇ  ｕｐ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  ｐｒｏｂｅｓ”、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１９９６年において、（ａ）溶融シリカファイバの全てのラマンバックグラウンドスペクトルは、クラッディング材料及びバッファ材料の違いに関係なく非常に類似することと、全体的なバックグラウンド強度はファイバ開口数とともに増加するが、コア径との明白な関係がないこととを見出した。したがって、ラマン分光を光干渉断層法と組み合わせたカテーテルでは、サンプルを照明する前にファイバ自体から生じるシリカラマンバンドを除去するために、照明ファイバの遠位端でバンドパスフィルタを用いることと、サンプルベースのラマン信号のみが収集ファイバに入るように、収集ファイバの前に設けられたロングパスフィルタを用いることとが必要であった。言い換えれば、サンプルからラマンスペクトルを収集するために、従来、光学カテーテルの遠位端に複雑な光学系及びフィルタを組み込むことが必要であった。このために、カテーテルは、製作がより複雑になるだけでなく、より高価になり、かつ可撓性が低下してしまう。
【００４４】
本願の発明者は、光プローブ自体から生成されたラマンスペクトル信号及び／又は自己蛍光スペクトル信号を検出することによって光プローブ接続の状態を評価することができる光ファイバベースのカテーテルシステムを提案する。この提案する方法は、光プローブの構造又は使用されているカテーテルのタイプの違いに関係なく、信頼性の高い光プローブの検出を達成することができる。これは、一般にファイバベースのラマンバックグラウンド信号の大部分を除去するように設計されたフィルタ処理技術を用いて光プローブが設計される従来の技術と逆である。再び図１、図３Ａ及び図４Ａを参照すると、本発明によれば、光プローブ接続の検出及び評価は、励起光を短時間出射するように蛍光サブシステムを制御し、次いで、光プローブ自体のファイバ１０７から生成されたラマンスペクトル及び／又は自己蛍光スペクトルを検出することによって達成される。有利なことに、蛍光サブシステムを用いることによって、光プローブ接続の検出及び評価は、追加のハードウェアを必要とすることなく、カテーテルの遠位端で複雑な光学系（フィルタ処理）を用いることなく、かつカテーテルを患者に接触させることなく実行することができる。
【００４５】
本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、例えば、図１に示すように、励起源８１０から出射された励起光は、光ファイバ１０７を通ってカテーテル１６０の光プローブに向かう。ラマン散乱光及び／又は自己蛍光光は、ファイバ１０７が励起源８１０から出射された励起光で照射されることに応じて、ファイバ１０７自体から自発的に生成される。光ファイバからの自発的なラマン散乱及び／又は自己蛍光の生成の詳細は、例えば、Ｗａｌｒａｆｅｎ他によって開示された技術文献、“Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、２９巻、４号、１９７５年、３３７〜３４４頁と、Ｍｏｔｚ他によって開示された技術文献、“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４３巻、３号、２００４年１月２０日に見出すことができる。本開示では、スループットを最適化し、ファイバベースのラマン散乱信号及び蛍光信号の収集効率を最大化する重要な考察が与えられる。当業者には知られているように、ラマン効果により、１０9個の励起光子ごとに約１個のみがラマン信号を生成することができる。この理由から、ファイバベースの散乱信号を高い信号対雑音比で収集することが望ましい。
【００４６】
図１のシステム１００において、生成されたラマン散乱光及び／又は自己蛍光光は、例えば、ファイバの遠位端の光インタフェースからの反射のために、ＰＩＵ１５０に送り返される。より具体的には、図４Ａに示すように、光プローブ４５０は、ファイバ４５２とレンズ４５４との間に少なくとも１つのインタフェースを示し、レンズ４５４と回折素子４５６との間にもインタフェースを示す。これらのインタフェースにより、光プローブからの自発的に生成されたラマン及び／又は自己蛍光を蛍光検出器１２２の方に返すことができる。ラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号は、ＰＩＵ１５０の自由空間ビームコンバイナ３００を介して蛍光検出器１２２に伝送される。具体的には、図３Ａに示すように、ビームコンバイナ３００は、生成されたラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号をロングパスフィルタ及び／又はバンドパスフィルタなどの光フィルタ３２０に通すことによって、光プローブチャネル３０８からの光をリターン信号チャネル３０４に誘導する。次いで、ラマンスペクトル及び／又は蛍光信号は、分光器及び／又は蛍光検出器１２２で検出することができる。
【００４７】
図１に示すシステム１００において、サンプルから検出されたＯＣＴ信号に基づいて、カテーテル１６０の光学接続を評価することも可能である。図５Ａ〜図５Ｃは、システム１００（図１に示す）を用いてＯＣＴ信号強度に基づいて光プローブ接続を評価した比較例をグラフで示す。図５Ａ〜図５Ｃに示すようなＯＣＴ信号を得るには、カテーテル１６０は、ＰＩＵ１５０に機械的に接続され、次いで、サンプル１７０（例えば体管腔）の近くに置かれる（その中に挿入される）必要がある。図５Ａに示すように、光プローブがＰＩＵ１５０から光学的に切り離されていると（例えば、ファイバ１０７が正しく整列されていないと）、ＯＣＴ光源１１０が起動されている場合でさえ、平均ａラインプロファイルは、光源１１０（又はシステム）の熱雑音に対応する信号強度しか示さない。すなわち、光プローブが切り離されているとき、サンプルベース又はファイバベースの信号は存在しない。しかしながら、図５Ｂに示すように、光プローブがＰＩＵ１５０に接続されており、光源１１０が起動しているとき、平均ａラインプロファイルは、光源（又はシステム）の熱雑音に対応する信号強度と、サンプル１７０から返るＯＣＴ信号に対応する信号とを有する。加えて、光プローブファイバ自体から生成されたファイババックグラウンド信号（ラマン散乱及び／又は自己蛍光スペクトル）が観察されることがある。したがって、図５Ｃに示すように、光プローブが切り離されているときに得られた信号と、光プローブが接続されているときに得られた信号とを用いて、光プローブが接続されているかどうかを示す信号を得ることができる。具体的には、図５Ｃは、光プローブがＰＩＵ１５０に接続される前後に検出された信号を組み合わせる（減算する）ことによる強度差を示す。しかしながら、図５Ｂに示す測定を実行するには、カテーテル１６０は、実際の対象（サンプル１７０）と密着していなければならない。この場合、ファイバのバックグラウンド信号はサンプルからのＯＣＴ信号によって影響を受けるおそれがあるので、光プローブが接続されているかどうかの決定は正確でないことがある。加えて、光プローブ接続を評価するこの方法は、光接続が確認される前でさえ患者が不必要に不快感にさらされなければならないので、不都合である。
【００４８】
一方、カテーテルが患者に使用される前に光接続が確認されると、患者の不快感が避けられるだけでなく、サンプルのＯＣＴ信号がファイバのバックグラウンド信号に干渉しないので、光プローブ接続もより正確に測定される。図５Ｃは、励起レーザ光信号（破線）と、励起レーザ光で照射されることに応じて光プローブファイバ自体から生成された例示的なラマンスペクトル及び／又は自己蛍光スペクトル（実線）とのグラフを示す。このようにして、図５Ｃに示すように、励起光の波長と異なる波長範囲を有するファイバ１０７からのリターン光信号は、簡略化された光学系を用いて、励起光から独立して検出することができる。具体的には、図５Ｃに示すように、ファイバ自体によって生成されたラマン光及び／又は自己蛍光光は、ＰＩＵ１５０のビームコンバイナ３００内の光フィルタ３２０により、励起光から正確に分離することができる。光フィルタ３２０は、励起光の波長を中心とした狭帯域の波長のみを阻止するように特別に設計されたノッチフィルタとして実装することができる。このようにして、リターン光信号の波長は励起信号の波長よりも長いので、リターン信号の強度は光フィルタ３２０によって遮られないことになる。代替として、光フィルタ３２０は、ファイバ１０７から返るラマン光及び／又は蛍光光の波長よりも短い広帯域の波長を阻止するように特別に設計されたバンドパスフィルタとして実装することができる。このようにして、リターン光信号の波長はバンドパスフィルタの波長よりも長いので、リターン信号の強度は、光フィルタ３２０によってやはり遮られないことになる。光フィルタ３２０によって遮られず、サンプル信号によって妨害されない分離されたラマン信号及び／又は自己蛍光信号は、本明細書において以下でより詳細に説明する（図９を参照して）ように、蛍光検出器１２２によって正確に検出され、次いでコンピュータ１９０によって処理されて、光プローブ接続状態を決定することができる。
【００４９】
光プローブが切り離されているか、又はＰＩＵ１５０の内部の光学系と適切に位置合わせされていない場合、蛍光検出器１２２によって検出される信号は非常に小さい（ほとんどゼロである）。その検出された信号は、熱雑音及び／又は電気雑音などの雑音に対応する。一方、光プローブが適切に接続されている場合、蛍光検出器１２２によって検出される信号は高くなる。
【００５０】
図５Ｅは、カテーテル１６０の光プローブ４５０がカテーテルコンソールに適切に接続されているかどうかを決定するために用いることができる例示的な検出信号を示す。図５Ｅに示すように、検出されたラマン信号及び／又は自己蛍光信号が所定の強度閾値未満である場合、光プローブは、光学的に切り離された（ＯＦＦ）状態にあると考えられる。逆に、検出されたラマン信号及び／又は自己蛍光信号が所定の強度閾値以上である場合、光プローブは、カテーテルコンソールと適切に光通信している（ＯＮ）と考えられる。
【００５１】
図５Ｅに示す信号を作り出すのに必要とされる検出器は、約６４０〜９００ｎｍの波長範囲のファイバ１０７のリターン信号を感知することが好ましい。検出器の波長範囲は、図３Ａに示すようなＰＩＵ１５０内のビームコンバイナ３００で用いられる光ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、又はそれらの任意の組合わせにより設計される。分光器が蛍光検出器の代わりに用いられるか又は蛍光検出器と組み合わせて用いられる場合、システムは、リターン光信号の強度だけでなく特定のスペクトルも取得することができ、その結果、システムは、例えばファイバ１０７のコア及び／又はクラッディングの材料のシグネチャスペクトルに基づいて、スペクトルの起源を容易に区別することができる。シグネチャスペクトルを用いて、リターン光信号が光プローブ自体から生成されているか、又は医用イメージングに適切でない物質（例えば生物的汚染物質又は汚れ）から生成されているかを決定することができる。一方、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード又は光電子増倍管などの単一の検出器が蛍光検出器１２２として用いられる場合、検出感度が高くなり、これはラマン散乱信号及び／又は蛍光リターン信号の更に弱い信号を検出するのに有利である。この場合も、より感度の良い検出器を用いることにより、ファイバカテーテルの軽微な障害（位置合わせ不良、曲げなど）でさえ、より容易に検出することを保証することができる。
【００５２】
図５Ｄに示すように、６３３ｎｍの励起光でポンピングされたシリカファイバ材料は、６５５ｎｍ、６６３ｎｍ及び６７５ｎｍに複数のピーク（下向きの実線の黒い矢印で示される）を有するラマン散乱スペクトルを生成することができる。したがって、６５５ｎｍ、６６３ｎｍ及び６７５ｎｍの信号のうちの１つ以上のピーク波長を用いて、光プローブ接続の状態を検出することができる。この場合、狭帯域感度をもつ光検出器は、光プローブ接続を検出するのに十分であり得る。当然、ラマン信号の高い６４０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲のリターン信号の強度を検出し、次いで、信号全体の統計分析（例えば平均化又は積分）に基づいて、光プローブ接続を決定することも有効である。この場合、対応する広い波長感度をもつ光検出器が必要になる。
【００５３】
しかしながら、カテーテルシステムは多くの異なる用途に適用可能となり得るので、励起光は６３３ｎｍに限定されない。シリカファイバ材料のラマンスペクトルは、励起レーザ波長から実質的に同じエネルギーシフト（５３０ｃｍ-1、７１５ｃｍ-1、９８３ｃｍ-1）を伴って現われるが、励起波長は、６３３ｎｍから他の特定の波長、例えば４０４ｎｍ、４５０ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、６７０ｎｍ、７４０ｎｍ、７８５ｎｍ、８３０ｎｍなどに変更することができる。したがって、励起波長を変更する場合には、検出器波長範囲も、ラマンシフトと同じエネルギーシフト量で変更される必要がある。これに関しては、８３０ｎｍを超える励起波長は近赤外線感度検出器を用いる必要があることに留意されたい。
【００５４】
一方、ファイバからの自己蛍光は約６６０〜７２０ｎｍで高く現われる。したがって、蛍光検出器１２２も、この６６０ｎｍ〜７２０ｎｍの波長範囲で自己蛍光を検出するように調節される必要がある。理論上、自己蛍光波長は、励起波長が変更された場合でさえ変化しない。光ファイバ１０７がダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）である場合、ラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号は、ＤＣＦのクラッド（クラッディング）を通して効率的に送られ、その結果、検出／収集効率が高くなる。ラマン散乱信号及び／又は自己蛍光信号は光ファイバ自体の中で生成されるので、この方法は、カテーテルシース材料、遠位光学系の製作公差、又は光ファイバの長さ（大部分のカテーテルは一般に同じファイバ長を用いる）に影響されにくい。したがって、この方法を用いて、非常に信頼性の高い光プローブ接続の検出を達成することができる。
【００５５】
＜組織自己蛍光＞
図１に示す特定のカテーテルシステム１００は、とりわけ、血管などの体管腔の分光分析のために使用される。その目的のために、蛍光サブシステムは、光又は他の放射線を励起光源８１０からカテーテル１６０の遠位端に送り、光はカテーテルウィンドウを出て、遠位端の近くのエリアを照明する。このカテーテルプローブ接続により、測定時に組織自己蛍光を取得することができる。しかしながら、有利なことに、光プローブ接続検出時にファイバ自体から得られた蛍光信号を用いて、検査されている組織の自己蛍光スペクトルをより正確に決定することができる。
【００５６】
図６Ａは、例示的なファイババックグラウンドスペクトルと、組織自己蛍光信号の蛍光スペクトルとを示すグラフである。組織からの自己蛍光スペクトル及び強度は組織性状によって決まり、例えば、図６Ａにおいて、脂質の多いプラーク（組織信号１）は、正常な血管組織（組織信号２）と比較して高い強度を有する。図６Ａに示すスペクトルのファイババックグラウンドは高いが比較的一定であり、よって実際の蛍光組織信号は、実際の組織測定の前及び／又は後に取得されたファイババックグラウンド信号を減算することによって計算される。そのような減算の結果を図６Ｂに示す。組織からの自己蛍光の波長範囲は、およそ６４０ｎｍ〜８２０ｎｍである。この実施形態では、蛍光検出器１２２（図１に示す）は、ファイババックグラウンド信号、組織信号１及び組織信号２（図６Ａに示す）を検出するように構成された、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などのような単一のセンサである。自己蛍光信号の強度は、例えば図６Ｂに示すように、コンピュータ１９０によって分析され表示される。蛍光検出器１２２の波長範囲は、例えばフィルタを用いることによって、ＳＮＲを最大化するためにおよそ６５０〜８１０ｎｍの波長範囲と一致するように調節することができ、その範囲においてＳＮＲは最高になる。
【００５７】
図７Ａは、ファイババックグラウンド雑音を修正した後の組織信号１からの信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。雑音はファイババックグラウンド雑音からのショット雑音からのものと仮定されることに留意されたい。図７Ｂは、光プローブ接続検出及び組織蛍光測定の強度レベルを時間の関数として示すグラフである。図７Ｂにおいて、光プローブ接続の強度レベルは、カテーテルシステム１００の例示的な機能を示し、初期の時間では、プローブは、ラマン信号及び／又は自己蛍光信号が所与の閾値未満であるＯＦＦ状態にある。時間が経過すると、プローブ信号は所与の閾値以上なり、したがって、プローブはＯＮ状態となる。その後、カテーテルの光プローブが適切に接続されているとカテーテルシステム１００が確認したとき、組織信号１及び組織信号２を安全かつ正確に測定することができる。
【００５８】
＜ＯＣＴ及び自己蛍光測定＞
血管内ＯＣＴ及び自己蛍光による冠状動脈のイメージングは、図１の実施形態で説明したカテーテルシステム１００を用いて達成することができる。このシステムを用いて、例えば、血管（例えば冠状動脈）を見て、狭窄領域とハイリスクプラークの存在とを診断することができる。加えて、システム１００は、カテーテルが患者に適用される前に、光ファイバ自体から取得されたラマン信号及び／又は自己蛍光信号を用いることによって、カテーテルプローブの接続を検出及び／又はモニタするという特有の特徴を有する。この特徴により、カテーテルシステム１００は、二次的被害を防止するための対策を取ることができ、カテーテルプローブが未接続であるか又は予期せずに切り離されたときに、潜在的なエラーをユーザに通知することができる。カテーテルコンソールへの光プローブ接続の状態を検出し評価するプロセスが、図９のＳ９０２〜Ｓ９１０で説明される。しかしながら、カテーテルコンソールへの適切な光プローブ接続を確実にすることは、本明細書で説明するマルチモダリティシステム１００の機能の一部にすぎない。前に述べたように、システム１００は、冠状動脈のイメージング並びにカテーテル及び／又は内視鏡が必須である他の同様のイメージング用途に適用可能である。
【００５９】
＜システム制御及び画像処理＞
図８Ａは、マルチモダリティカテーテル１６０に接続された電子システムコンソール８００の例示的な実装を示す。図８Ｂは、マルチモダリティカテーテルシステムにおける制御及び画像処理を実行するための例示的なコンピュータ制御システムの機能ブロック図である。カテーテル１６０を用いてマルチモダリティ画像を取得するシステムコンソール８００が、図８Ａに示されている。システムコンソール８００は、例えば、ＯＣＴモダリティ８２０、励起光源８１０、検出器８４０、分光器８３０、患者インタフェースユニット（ＰＩＵ）１５０及びコンピュータ１９０を含むか、又はそれらに接続される。システムコンソール８００は、１つ以上のケーブル（ケーブルバンドル８３５）を介してＰＩＵ１５０に接続される。光カテーテル１６０は、ＰＩＵ１５０に取付け可能な近位端と、遠位端から作動距離に位置するサンプルのエリアを照明するために用いられる光プローブを収容するように構成された遠位端とを有する。
【００６０】
図１と同様に、図８ＡのＯＣＴモダリティ８２０は、干渉計と、約１２５０ｎｍ〜１３５０ｎｍの赤外線範囲の広帯域スペクトルの光を出力する波長可変のレーザ源又はランプとを含むことができる。励起光源８１０は、単色（単一波長）又は狭帯域スペクトルの光を出力するレーザ又はＬＥＤとすることができる。励起光源８１０の波長の範囲は、約４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視領域内とすることができる。しかしながら、近赤外範囲の他の波長が用いられてもよい。例示的なシステムコンソール８００では、ＯＣＴ光は、ＯＣＴ源ファイバ８３３に直接誘導されるか、又はさもなければ結合されてよい。励起光源８１０からの励起光は、同様に、励起源ファイバ８３２に直接誘導されるか、又はさもなければ結合されてよい。ＯＣＴ光源及び励起光源からの光は、ＰＩＵ１５０内に配置されたビームコンバイナ３００の光学系によって光カテーテル１６０に転送される。
【００６１】
カテーテル１６０は、その近位端においてカテーテルコネクタ１８０を介してＰＩＵ１５０に接続される。カテーテル１６０は、ファイバ１０７と、カテーテルの遠位端内に配置された遠位光学系のアセンブリ（上述の光プローブ）とを含む。このようにして、ＯＣＴモダリティ８２０のＯＣＴ光源から出射された照明光と、光源８１０からの励起光とは、カテーテル１６０の遠位光学系に送られ、次いで、回折素子（回折格子）又は反射素子（ミラー）によってサンプル１７０のエリア上に導かれることができる。標的サンプル（例えば組織）のエリアから散乱して返る光は、ファイバ１０７のクラッディングによって、又は光プローブの遠位端の周りに配置された検出ファイバによって、収集することができる（図１０Ａ〜図１０Ｂを参照）。収集された光は、ファイバ１０７のクラッディングによって、又はファイバ１０７以外の１つ以上の検出ファイバによって、ＰＩＵ１５０に誘導されて返される。ＰＩＵ１５０において、ビームコンバイナ３００は、測定結果（蛍光及びＯＣＴ散乱光）を検出器１２１及び検出器１２２の１つ以上に選択的に誘導する。
【００６２】
光プローブ接続の検出では、本明細書の他の箇所で説明されるように、カテーテル１６０が患者内にまだ位置付けられていないことが好ましい。したがって、光プローブ接続の検出の間、標的サンプルからの光は収集されない。代わりに、励起光は、カテーテル１６０の内部のファイバを照明するために短時間活性化され、それによって、ファイバのコア及び／又はクラッディングの材料は、ラマン散乱及び／又は蛍光発光のプロセスを経る。ファイバ１０７から生成されたラマン散乱光及び／又は蛍光光は、コンソールに返り、検出器／分光器８３０によって検出される。ファイバ８３１からのファイバ出力は分散性であるので、ファイバコネクタが検出器の近くに接近して置かれるか、又は平行光学系／分散光学系８３４が用いられる。具体的には、ファイバ１０７から返されたラマン散乱光及び／又は蛍光光は、ファイバ８３１によってＰＩＵ１５０から分光器／検出器８３０に誘導される。このようにして、ファイバ及び光プローブから返されたラマン及び／又は蛍光信号の強度、又は選択された波長の強度は、サンプルからの蛍光又は散乱によって歪まされることなく、正確に検出することができる。選択された波長のリターン光信号を検出する機能は、分光器又は光フィルタにより特定の単一波長又は特定の波長範囲を選択することによって実行することができる。
【００６３】
実際の医用イメージングの間に、ＦＯＲＪでカテーテル１６０の光プローブを機械的に回転させることによって、標的サンプルの２次元画像を取得することが可能である。一方、光プローブ接続の検出の間、ラマンスペクトル及び／又は蛍光スペクトルを含むリターン光信号を取得できる限り、光プローブの回転は回避することができる。コンピュータ１９０は、コンピュータ実行可能命令（プログラムコード）を実行することによってシステムコンソール８００の様々な部分を制御及び操作するように構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含む。コンピュータ１９０は、リターン光信号に基づいて光プローブ接続の状態を評価し、サンプルの照射から得られた信号に基づいてサンプルの画像を再構築するようにプログラムすることもできる。
【００６４】
図８Ｂは、マルチモダリティカテーテルシステムコンソール８００（及び図１の１００）の制御のために用いられる例示的なコンピュータハードウェアの概略機能図である。図８Ｂに示すように、コンピュータ１９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８９１、記憶メモリ（ＲＯＭ／ＲＡＭ）８９２、ユーザ入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース８９３及びシステムインタフェース８９４を含む。コンピュータ１９０の様々な構成要素は、物理的及び論理的なデータライン（ＤＡＴＡ  ＢＵＳ）を介して互いに通信する。
【００６５】
記憶メモリ８９２は、１つ以上のコンピュータ読出し可能及び／又は書込み可能媒体を含み、例えば、磁気ディスク（例えばハードディスクドライブＨＨＤ）、光ディスク（例えばＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）など）、光磁気ディスク、半導体メモリ（例えば不揮発性メモリカード、Ｆｌａｓｈ（登録商標）メモリ、ソリッドステートドライブ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを含んでよい。記憶メモリ８９２は、コンピュータ可読データ並びに／又はオペレーティングシステム（ＯＳ）プログラムと制御プログラム及び処理プログラムとを含むコンピュータ実行可能命令を格納してよい。
【００６６】
ユーザインタフェース８９３は、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスとの通信インタフェース（電子接続）を提供し、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスは、キーボード、ディスプレイ（ＬＣＤ又はＣＲＴ）、マウス、印刷デバイス、タッチスクリーン、ライトペン、外部光記憶デバイス、スキャナ、マイクロホン、カメラ、ドライブ、通信ケーブル及びネットワーク（有線又は無線のいずれか）を含んでよい。
【００６７】
システムインタフェース８９４は、更に、ＯＣＴ光源１１０、励起光源８１０、検出器／分光器８３０（図８Ａ）又は検出器１２１及び検出器１２２（図１）、データ取得電子機器ＤＡＱ１（１３１）及びＤＡＱ（１３２）、並びに患者ユニットインタフェース（ＰＩＵ）１５０のうちの１つ以上のための電子インタフェース（電子接続回路）を提供する。システムインタフェース８９４は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のＰＬＤなどのプログラマブル論理デバイス（ＰＤＬ）、個別部品、集積回路（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、又はそれらの任意の組合わせを含む任意の他の構成要素での使用のためのプログラマブル論理を含んでよい。
【００６８】
ユーザインタフェース８９３及びシステムインタフェース８９４の機能は、記憶メモリ８９２に記録されＣＰＵ８９１によって実行されるコンピュータ実行可能命令（例えば１つ以上のプログラム）によって、少なくとも部分的に実現されてよい。更に、コンピュータ１９０は、１つ以上の追加のデバイス、例えば、医用画像保管電送システム（ＰＡＣＳ）などの他の医療デバイスと通信するための通信インタフェース又はネットワークインタフェースなどの構成要素を有してよい。
【００６９】
＜カテーテル接続及び切離しプロセス＞
図９は、カテーテル接続、サンプル測定及びカテーテル切離しのための例示的なプロセス（方法）を示す。プロセスは、図１を参照して上述したシステムの構造に基づいて実行される。このプロセスによれば、カテーテルシステム１００は、プロセスのいくつかのステップで光プローブ接続の検出及び／又はモニタリングを追加することによって、信頼性がより高くなる。また、このプロセスは、誤操作の実行並びにＰＩＵ及びカテーテルの損傷を防止する。
【００７０】
動作時、図９に示すように、プロセスの最初（開始）にカテーテル接続が必要となる。ユーザによって、カテーテルハンドルがＰＩＵに機械的に接続される。よって、カテーテルとコンソールは、ステップ９０２において互いに取り付けられる。具体的には、ステップＳ９０２において、ユーザがカテーテル１６０の近位端をＰＩＵ１５０（コンソール）に手動で接続したとき、カテーテルハンドル接続が生じる。カテーテルが接続されると、接続は、タッチセンサ、光センサ及び／又は圧力センサ（図示なし）などのセンサにより検出される。センサによって検出された機械的接続は電気信号に変換され、次いで、電気信号はシステムのコンソールに伝えられて、コンピュータ１９０のＣＰＵでソフトウェア命令を実行することによってカテーテルハンドル接続が認識される。
【００７１】
具体的には、ステップＳ９０４において、コンピュータ１９０のＣＰＵは、カテーテルがコンソールに機械的に接続されたかどうかを確認するマクロを実行する。カテーテルがコンソールに機械的に接続されたことをコンピュータ１９０のＣＰＵが確認した場合、プロセスはステップＳ９０６に進む。カテーテルがコンソールに接続されていることをコンピュータ１９０のＣＰＵが確認できない場合、プロセスは、ユーザがカテーテルをＰＩＵ１５０に能動的に接続するまで、ステップＳ９０２からステップＳ９０４のループに入る。このループにおいて、カテーテルシステム１００のコンソールは、カテーテルが検出されていないことをユーザに知らせる警告又はプロンプトを発してよい。
【００７２】
光プローブ接続の評価。ステップＳ９０６において、カテーテルがコンソールに接続されていると決定された後、しかし患者にカテーテルを使用する前に、コンピュータ１９０のＣＰＵは、カテーテルからの光信号（リターン光信号）を検出及び評価するようにシステムを制御する。その目的で、例えば、コンピュータ１９０のＣＰＵは、励起光のビームを出射するように励起光源８１０を制御し、次いで、カテーテル１６０のファイバ１０７から返る信号を検出するように蛍光検出器１２２を制御する。
【００７３】
プローブ接続の評価では、蛍光検出器１２２の信号が特定の閾値をまたぐ（ｃｒｏｓｓ）と、コンピュータ１９０はプローブ接続を判定する。ステップＳ９０８において、光源８１０を活性化し、リターン信号を検出するように蛍光検出器１２２を制御した後、コンピュータ１９０のＣＰＵは、検出器１２２によって出力された信号が所定の閾値（ＴＨ１）よりも大きいかどうかを決定する。検出されたリターン信号が閾値よりも大きい場合、ＣＰＵは、光プローブがコンソールに適切に接続されていると決定し、プロセスは、実際のイメージング測定プロセス（スタンバイ、ライブビュー及び記録モード）に進む。蛍光検出器１２２によって検出されたリターン信号が閾値よりも大きくない場合、ＣＰＵは、光プローブがコンソールに適切に接続されていないと決定し、プロセスはＳ９１０に進む。
【００７４】
一般に、カテーテルがコンソールに機械的に接続されると、光プローブはＰＩＵに自動的に係合される。しかしながら、自動係合が起こらない場合、ステップＳ９１０において、コンピュータ１９０のＣＰＵは、光プローブをコンソールに能動的に再係合させるようにユーザに促す。例えば、コンピュータ１９０のＣＰＵは、光プローブが未接続である（又は適切に接続されていない）という視覚的又は聴覚的な指示を発し、ユーザに、例えば手動でカテーテル１６０を取り外しＰＩＵ１５０に再度接続するように要求する。この事象は、例えば、カテーテル１６０のファイバ又は光プローブが破損しているか若しくは曲げられており、又はそれを通して十分な光を伝送することができない他の場合に生じることがある。システムは、カテーテルを操作して光プローブを再係合させるように、かつ／又は、プローブ係合プロセスを停止して損傷したプローブを新しいカテーテルに取り替えるように、ユーザに要求してよい。プローブ接続の評価では、蛍光検出器１２２の信号が閾値（ＴＨ１）をまたぐとき、コンピュータ１９０のＣＰＵは、プローブ接続が適切であると判定する。コンピュータ１９０のＣＰＵが、蛍光検出器１２２によって検出されたリターン光信号が所定の閾値を超える（ステップＳ９０８のＹＥＳ）という決定を下すまで、ステップＳ９０６、ステップＳ９０８及びステップＳ９１０のループは繰り返し実行される。
【００７５】
光プローブが首尾よく係合され光学的に位置合わせされていることをシステムが確認した後、システムは、イメージングの準備状態であるか、又は測定コマンドを待つためにスタンバイモードに移る。実際のイメージング動作には、カテーテルシステムの典型的なモードであるスタンバイモード（Ｓ９１２）、ライブビューモード（Ｓ９１４）及び記録モード（Ｓ９１６）がある。スタンバイモードでは、カテーテルシステムはレーザ及びモータを停止させており、したがって、システムは、画像を生成するのではなく、単にユーザのコマンドを待つ。ライブビューモードでは、システムは、例えば関心領域の方にカテーテルをナビゲートする間、リアルタイム（ライブビュー）画像を示すために能動的にイメージングするが、ライブビュー画像を記録はしない。記録モードでは、システムは、所望の標的位置の画像を能動的に取得し記録するように完全に機能する。
【００７６】
ステップＳ９１８において、システムは、イメージング操作を続けるべきか否かの入力をユーザに促すようにプログラムされている。イメージングを続けるべきでない場合（Ｓ９１８におけるＮＯ）、システムは、ステップＳ９２０に進み、光プローブの係脱を始める。具体的には、ステップＳ９２０において、ユーザがコンソールにカテーテルを外すようにコマンドを送ると、光プローブはＰＩＵ１５０から自動的に係脱される。光プローブの光ファイバコネクタは、このモードにおいて切り離されることになる。続いて、ステップＳ９２２において、システムは、蛍光検出器１２２によって検出された光信号を評価する。ステップＳ９２４において、システムのコンピュータ１９０は、蛍光検出器１２２によって検出された信号に基づいて、光プローブ接続の評価を実行する。
【００７７】
具体的には、ステップＳ９２４において、システムは、蛍光検出器１２２における信号が所定の切離し閾値（ＴＨ２）未満である場合、光プローブが首尾よく係脱された（プローブが切り離された）ことを確認する。そうでなくて、蛍光検出器１２２で検出された信号が依然として切離し閾値（ＴＨ２）よりも大きい場合、システムは、光プローブ係脱のステップＳ９２０に戻る。このステップＳ９２０において、システムは、プローブ係脱を操作するようにユーザに促してよい。プローブ接続の評価では、蛍光検出器１２２によって検出された信号が切離し閾値（ＴＨ２）を下回る（またぐ）場合、コンピュータ１９０は、光プローブが切り離されたと判定する。この場合、プロセスはステップＳ９２６に進み、システムは、カテーテルをシステムから機械的に切り離すようにユーザにプロンプトを発してよい。したがって、Ｓ９２０、Ｓ９２２及びＳ９２４のループは、光プローブがコンソールから切り離されており、蛍光検出器１２２の信号が閾値（ＴＨ２）よりも低いとシステムが決定するまで、繰り返すことができる。
【００７８】
光プローブが切り離されていると決定した後、ステップＳ９２６において、システムは、カテーテルハンドルをコネクタ１８０から取り外すようにユーザに促してよい。カテーテルハンドルがユーザによってＰＩＵ１５０から機械的に切り離されたときに、カテーテルハンドル切離しが生じる。カテーテルがコンソールから手動で取り外されると、プロセスは終了することができ、又は新しいカテーテルを機械的に取り付けることができる。
【００７９】
図９のフロープロセスにおいて、閾値ＴＨ１及び閾値ＴＨ２は、例えば、ファイバ自体から生成されたラマン散乱信号及び／又は蛍光信号の予想強度の割合として確立することができる。ファイバのラマン散乱信号及び／又は蛍光信号の予想強度は、ファイバの製造業者から取得されてよく、又は実験的測定によって取得されてもよい。光ファイバベースカテーテルでは、上述のように、１つ以上の光伝導ファイバを用いて、光を両方向（照明及び収集）に伝送することができる。光ファイバに沿った光の伝搬は、全反射として知られる効果が原因で生じる。それにもかかわらず、ローンチ結合損失（ｌａｕｎｃｈ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｌｏｓｓ）、ファイバ減衰、スプライス損失及びコネクタ損失などの様々な損失を生み出す機構により、カテーテルの一方の端部から他方の端部に伝送される光の強度が減少してしまう。これに関しては、光ファイバ通信リンクの光パワーバジェットの一般的な原理を用いて、蛍光検出器１２２によって受け取られる予想強度を決定することができる。
【００８０】
例えば、一実施形態では、閾値ＴＨ１又は閾値ＴＨ２は、励起光源の光パワーＰ（例えば０ｄＢｍ＝１ｍＷ）と、検出器の予想熱雑音Ｎthと、ファイバ分散、コネクタ損失、クロストークなどに起因する任意の見込まれる光損失ηとに基づいて決定することができる。その場合、Ｓ９０８において光プローブがコンソールに適切に接続されたかどうかを決定するための閾値ＴＨ１は、例えば、蛍光検出器１２２で受け取られると予想される蛍光信号の強度の７５％以上とすることができる。このようにして、ファイバコネクタの位置合わせ不良に起因する、又はファイバ接続の汚染（汚れ又はほこり）に起因する低い信号（例えば予想強度の３０％）により、接続を点検するか又はカテーテルを変更するようにユーザに促すことになる。一方、光プローブがステップＳ９２４においてコンソールから完全に切り離されたかどうかを決定するための閾値ＴＨ２は、例えば、蛍光検出器１２２で受け取られると予想される蛍光信号の強度の１０％以下とすることができる。このようにして、ユーザは、光プローブが係脱を完了していることと、蛍光検出器１２２に存在する信号が熱雑音又はスプリアス雑音に起因するものしかないこととを確認することができる。他の実施形態では、閾値ＴＨ１及び閾値ＴＨ２は、例えば、蛍光信号の予想強度の割合（例えば５０％）として、同じような値に設定することができる。この場合、Ｓ９０８における信号がＴＨ１以上である場合、システムは、カテーテルの光プローブがコンソールに適切に接続されていると決定することができる。そして逆に、Ｓ９２４における信号がＴＨ２未満である（ここでＴＨ２≒ＴＨ１）場合、システムは、カテーテルの光プローブがコンソールから切り離されていると決定することができる。
【００８１】
上述のように、カテーテルは、サンプルに光を送りサンプルから光を収集するために、単一のダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでよい。しかしながら、カテーテルは、２つを超えるクラッディングを有するファイバ（マルチクラッディングファイバ）、又はファイババンドル、又はホーリーファイバ（フォトニック結晶微細構造ファイバ）、又は特注のマルチファイバ構造、又はそれらの組合わせを含むように変更することができる。更に、カテーテルは、１つ以上の光ファイバのバンドルから形成された光プローブを有する内視鏡によって置き換えられてもよい。図１０Ａは例示的なファイババンドルの断面図を示し、図１０Ｂはマルチファイバ構造を示す。図１０Ａと図１０Ｂの両方において、中心ファイバは、ＯＣＴ信号の送出及び収集に用いられるファイバ１０７であり、一方、中心ファイバを囲む複数のファイバ（ファイバ１、ファイバ２、ファイバ３、…ファイバｎ）は、サンプルからの後方散乱光及び蛍光光を収集するために用いられるマルチモードファイバ（ＭＭＦ）又はシングルモードファイバのいずれかである。
【００８２】
例示的な実施形態を参照して本特許出願を説明したが、本発明は開示される例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。以下の特許請求の範囲の範囲は、全ての考えられる変更並びに均等な構造及び機能を包含するように、最も広い解釈を与えられるべきである。その目的で、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、限定を意図しないことに留意されたい。
【００８３】
更に、方法ステップ／プロセスとして実行される動作、又はさもなければ本明細書においてアルゴリズムの形態で説明される動作は、物理量の物理的な操作を必要とするような動作であり、それらは通常、必ずではないが、格納、転送、結合、変換、比較及び他のやり方で電子的に操作することができる電気信号又は磁気信号の形態を取ることに留意されたい。したがって、別段に具体的な記述がない限り、上述の説明の全体を通して、「処理する」又は「計算する」又は「表示する」又は「算出する」又は「比較する」、「較正する」、「生成する」又は「決定する」などの用語を利用した議論は、コンピュータシステムのレジスタ又はメモリ内の物理（電子）量として表わされたデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報記憶、伝送若しくは表示デバイス内の物理量として同様に表わされた他のデータに変換する、コンピュータシステム又は同様の電子構成要素のアクション及びプロセスを指すことが、当業者には明らかであろう。
【００８４】
＜他の定義＞
本明細書において別段の定義がされない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の広さは、本明細書によって限定されるのではなく、むしろ、採用される特許請求の範囲の用語の平易な意味によってのみ限定される。
【００８５】
本明細書において、要素又は部品が別の要素又は部品に「接触（ｏｎ）」し、「押し当て（ａｇａｉｎｓｔ）」られ、「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」され、又は「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」されると言及される場合、それは別の要素又は部品に直接的に接触し、押し当てられ、接続され、又は結合されることが可能であり、又は、介在する要素若しくは部品が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素又は部品に「直接接触」し、「直接接続」され、又は「直接結合」されると言及される場合、介在する要素又は部品は存在しない。「及び／又は」という用語は、使用されるとき、「／」と省略されることがあり、また、そのように提供される場合には関連する列挙された項目のうちの１つ以上のあらゆる全ての組合わせを含む。
【００８６】
本明細書では、様々な図に示されるような１つの要素又は特徴と別の要素又は特徴との関係を記述するための説明を簡単にするために、「下（ｕｎｄｅｒ）」、「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」、「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」などの空間的な相対語が使用されることがある。しかしながら、空間的な相対語は、図に示される向きに加えて、使用中又は動作中のデバイスの様々な向きを包含することを意図するものと理解されたい。例えば、図中のデバイスがひっくり返されると、他の要素又は特徴の「下方（ｂｅｌｏｗ）」又は「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」にあると説明される要素は、他の要素又は特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」に配置されることになる。したがって、「下方（ｂｅｌｏｗ）」などの相対的な空間用語は、上と下の両方の向きを含み得る。デバイスは、他の状態に（９０度回転されて、又は他の向きに）向けられてもよく、本明細書で使用される空間的な相対的記述語はそれに応じて解釈されるものとする。同様に、「近位」及び「遠位」という相対的空間用語も、該当する場合には交換可能とすることができる。
【００８７】
本明細書で使用される「約」又は「およそ」という用語は、例えば１０％以内、５％以内又はそれ未満を意味する。いくつかの実施形態では、「約」という用語は、測定誤差内を意味することがある。これに関して、説明され又はクレームされる際に、用語が明示的に表示されていなくても、全ての数値は「約」又は「およそ」という語が前置されているかのように読まれてよい。「約」又は「およそ」という語句は、大きさ及び／又は位置を記述するとき、記載の値及び／又は位置が値及び／又は位置の妥当な予想範囲内にあることを示すために使用されることがある。例えば、数値は、記述された値（又は値の範囲）の±０．１％、記述された値（又は値の範囲）の±１％、記述された値（又は値の範囲）の±２％、記述された値（又は値の範囲）の±５％、記述された値（又は値の範囲）の±１０％などである値を含み得る。いかなる数値範囲も、本明細書に記載される場合、そこに包含される全ての部分範囲を含むことが意図される。
【００８８】
本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、部品及び／又はセクションを説明するために、第１、第２、第３などの用語が使用される場合がある。これらの要素、構成要素、領域、部品及び／又はセクションはこれらの用語によって限定されるべきでないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、部品又はセクションを別の領域、部品又はセクションから区別するためにのみ使用されている。したがって、以下で論じる第１の要素、構成要素、領域、部品又はセクションは、本明細書の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、部品又はセクションと呼ぶことができる。
【００８９】
図面に示された例示の実施形態を説明する際、明瞭にするために、具体的な専門用語が使用される。しかしながら、本特許明細書の開示はそのように選択された具体的な専門用語に限定されることを意図するものではなく、具体的な要素の各々は同様に動作する技術的な均等物を全て含むことを理解されたい。
【００９０】
例示的な実施形態を参照して本開示を説明したが、本開示は開示される例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。以下の特許請求の範囲の範囲は、そのような変更並びに均等な構造及び機能を全て包含するように、最も広い解釈を与えられるべきである。
【００９１】
＜例示的な参考文献のリスト＞
以下の非特許文献（ＮＰＬ）及び特許公報（「非本質的事項（ｎｏｎｅｓｓｅｎｔｉａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」と考えられる）は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
１．Ｍｏｔｚ他、“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４３巻、３号、２００４年１月２０日、
２．Ｍａ他、“Ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｅｔｔｉｎｇ  ｕｐ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  Ｒａｍａｎ  ｐｒｏｂｅｓ”、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１９９６年
３．Ｗａｌｒａｆｅｎ他、“Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒｓ”、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、２９巻、４号、１９７５年、３３７〜３４４頁、
４．特許公報は次のものを含む。米国特許第８７５８２２３号、第６００９２２０号、第５６２５４５０号、第７１３２６４５号及び第６０６９６９１号、並びに付与前公開（ＰＧＰＵＢ）米国特許出願公開第２００８／０３０４０７４号（Ｂｒｅｎｎａｎ）、米国特許出願公開第２０１２／０１７６６１３号（Ｍａｒｐｌｅ他）及び米国特許出願公開第２００３／００７７０４３号（Ｈａｍｍ他）。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2020078543.tif 000009
【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
2020078543.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
2020078543.tif 000014
【図９】
2020078543.tif 000015
【図１０】
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【外国語明細書】
2020078543000001.pdf