(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
規定された領域に照射を供給する、規定された処置ウィンドウを有するバルーンカテーテルを含む装置であって、以下：
ｉ）光ファイバプローブが挿入され得る透明な中央チャネル；
ii）該バルーンを膨張させるために用いる、近位端と遠位端とを有する外部スリーブであって、該外部スリーブは、該遠位端近傍に膨張可能バルーンをさらに含み、ここで該バルーンが両端部において、該処置ウィンドウを規定するために反射材料でコーティングされている、外部スリーブ；および
iii）拡散器内で終了する光ファイバケーブルであって、該拡散器が該処置ウィンドウよりも長い、光ファイバケーブル、
を含み、このことによって、処置領域における光の分配の効率および均一性を向上する、装置。
【請求項２】
前記拡散器が、円筒形状拡散器である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記拡散器が、前記処置ウィンドウよりも約2cm長い、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
規定された領域に照射を供給する、規定された処置ウィンドウを含む、改良されたバルーンカテーテル装置であって、該改良が、該処置ウィンドウよりも長い光ファイバ拡散チップを含み、このことによって、処置領域における光の分配の効率および均一性を向上する、装置。
【請求項５】
規定された領域に照射を供給する、規定された処置ウィンドウを含む、改良されたバルーンカテーテル装置であって、該改良が、該処置ウィンドウを規定するための反射材料、および該処置ウィンドウよりも長い光ファイバ拡散チップを用いることを含み、このことによって、処置領域における光の分配の効率および均一性を向上する、装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光力学治療（PDT）のような患者の身体内のある位置に光を当てるために使用される医療装置の分野に関する。本発明は、処置ウィンドウの領域全体にわたって光をより均一に分配する改良されたバルーンカテーテル装置を提供する。
背景技術
患者の体内で患者に光または照射エネルギーを与える必要がある様々な医療手順が存在する。１つの例としては、光活性化化学療法と呼ばれる、光活性化化合物を用いて患者内の標的細胞を選択的に殺す治療法がある。他の例としては、光診断法、低体温治療、および生体刺激がある。光活性化化学療法では、光感応薬剤を患者に注入し、標的化光源を用いて光感応薬剤を選択的に活性化させる。適切な波長の光によって活性化されると、光感応薬剤は、周囲の細胞または組織の破壊を媒介する細胞障害性薬剤を生成する。
PDTのような光活性化治療は主に、悪性細胞集団の破壊に適用される。光活性化治療は、基底細胞および扁平上皮細胞、皮膚癌、乳癌、皮膚転移、脳腫瘍、頭、首、胃および女性生殖器官の悪性腫瘍、バレット食道のような食道の癌および前癌症状を含む多種類のヒトの腫瘍および前癌症状の治療に効果的に使用されている。光活性化治療の歴史および進展についての検討は、Marcus,S、Photodynamic Therapy of Human Cancer:Clinical Status,Potential,and Needs、Gomer,C.J.（編）、"Future Directions and Applications in Phtodynamic Therapy"、Bellingham,W.A.、SPIE Optical Engineering Press（1990）、p 5−56によって提供されている。また、PDTの特定の適用については、Overholtら、Sem.Surg.Oncol.11:1−５（1995）によって提供されている。
光線療法の開発における１つの注目領域は、所定の処置領域に均一の照射を与える標的化光源の開発である。
Allardiceら、Gastrointestinal Endoscopy 35:548−551（1989）およびRowlandら、PCT出願公開番号90/00914は、PDTで使用されるように設計されたタイプの光送達システムを開示している。開示されたシステムは、拡張器と、ステンレススチール製の不透明の端部キャップを用いることによって処置領域を規定する透明な処置ウィンドウとを有する可撓性チューブを含む。レーザーに接続され拡散チップまで延びる光ファイバ要素が、拡張器と組み合わせて使用され、これにより組織の源に光を送達する。Allardiceらは、バルーンタイプのカテーテルを使用することにより勝るこの装置の利点は、光がより均一に分配されることであると開示している。
Nseyoら、Urology 36:398−402（1990）、ならびにLundahl、米国特許第4,998,930号および第5,125,925号は、空洞器官の内壁に均一の照射を提供するバルーンカテーテル装置を開示している。この装置は、バルーンカテーテルの設計に基づき、装置の一方の端部のバルーンと、カテーテルを通してバルーンのルーメンに挿入され拡散チップまで延びる光ファイバとを含む。カテーテルのセンタリングチューブを使用することが開示され、これにより膨らんだバルーン内で光ファイバをセンタリングすることによってレーザー光がより均一に分配されるとしている。これらの参照文献で開示されたカテーテル装置はさらに、照射を測定する手段を提供するためにバルーン壁に光学感知ファイバを組み込むことを開示している。しかし、光の均一性を向上させるためにバルーンに特定のコーティング材料を用いること、または輪郭化された処置ウィンドウより長い、長い拡散チップを用いることについての開示はなされていない。
Panjehpourら、Lasers and Surgery in Medicine 12:631−638（1992）は、食道の光力学治療を向上させるためにセンタリングバルーンカテーテルを使用することを開示している。Panjehpourは、光拡散器まで延びる光ファイバプローブが挿入される円筒状バルーンカテーテルを開示している。カテーテルを含む円筒状バルーンは透明であり、バルーン内の光の拡散を向上させるか、または処置ウィンドウを規定するために反射コーティングを用いて改変されてはいない。
Overholtら、Lasers and Surgery in Medicine 14:27−33（1994）は、Panjehpourによって記載されたバルーンカテーテル装置の改変された形態を開示している。円筒状バルーンカテーテルは、バルーンの両端部を黒色不透明のコーティングでコートして360度の処置ウィンドウを規定することによって改変されている。Overholtはさらに、処置ウィンドウの周部の半分が黒色コーティング材料を用いて不透明にされた改変バルーンについて記載している。この構成により180度の処置ウィンドウが提供される。標的ウィンドウを規定するためにバルーンで使用される黒色の防護体は反射性材料ではなく、処置ウィンドウを透過する光の均一性を向上させることはなかった。
Rowlandら、PCT出願公開番号90/00420は、表面を照射する光送達システムを開示している。装置は、内部全体が拡散反射体によってコートされた半球状のシェルと、シェル内に取り付けられる光源とを含む。光源は、チップに拡散源を含み得、これにより反射性シェル内で光が拡散し得る。
Spears、米国特許第5,344,419号は、レーザー−バルーンカテーテルを製造する装置および方法を開示している。Spearsは、光ファイバケーブルの端部をエッチングするプロセスを利用して、光ケーブル上に拡散チップを配備する。エッチングされたチップを含む光ケーブルは、マイクロバルーンを含む接着剤コーティングを用いて、バルーンカテーテルの中央チャネル内に固定される。中央チャネル内のチップの位置と、接着剤に含まれるマイクロバルーンとにより、レーザー放射を円筒状パターンで拡散する効率性が増大し、標的部位での照射がより均一となる。
Beyerら、米国特許第5,354,293号は、PDTで使用される光を送達するバルーンカテーテル装置を開示している。開示されたバルーンカテーテル装置は、先端が円錐状の光ファイバケーブルを用いて、光ビームを膨張させたカテーテルの透明部分を通して放射状に外側に偏向させる手段を提供する。
要約すれば、バルーンカテーテルを用いて、光源を、照射される予定の標的領域内の理想中心点に支持する、PDTで使用される様々な装置が開発されている（Spears、Overholt、Beyer、LundahlおよびAllardice）。センタリングタイプのバルーンを使用する主な利点は以下の通りである。１）医師が光ファイバを中心位置に保持する必要がなく、これはバルーンカテーテルによって自動的に行われる。２）バルーンの補助なしに処置容積の中心に保持される光ファイバによって光送達が行われる場合に比べて、光投与量が処置領域全体にわたってより均一である（これは現在のバルーンカテーテルの設計では当てはまるが、本明細書では均一性が顕著に向上し得ることを示す）。３）処置フィールドは、光を吸収し得る血液、尿などの汚染物質が存在しない状態に保たれるため、最終的なPDTの結果が保証される。４）光ファイバを取り付けることおよび光投与量を正確に得ることは比較的簡単であるため、全体的な処置手順がかなり短縮化され得る。しかし、現在の円筒状センタリングバルーンを現在の光ファイバ拡散器と共に用いることの欠点は、均一な光をバルーンを通して標的部位まで透過させることができないことである。
上記開示の各々は、標的部位に光を与えるための手段を提供しているが、透過光の分配の均一性を増加する手段として、バルーンカテーテルの端部に反射性コーティングを用いることの示唆はない。さらに、いずれのデバイスも、光ファイバケーブルの端部に、処置ウィンドウよりも長い拡散チップを使用していない。本発明の装置には、これらの２つの特徴が、単独または組み合わせで存在し、処置領域により均一でより効率的に光を分配する改良されたバルーンカテーテルデバイスを提供する。
発明の要旨
本発明は、特定の部位に対する光照射を必要とする治療方法で使用するための改良されたバルーンカテーテル装置を提供する。この改良された装置は、規定された処置ウィンドウを有するバルーンを含み、このウィンドウは、光をバルーンのルーメンおよび処置ウィンドウとして規定されたゾーンの方に反射および／または散乱して戻す材料を用いて、その輪郭が定められる。装置は、拡散チップで終端する光ファイバケーブルをさらに含み得る。ここで、拡散チップは、処置ウィンドウよりも長い。
本発明は、本発明の改良されたバルーンカテーテルを用いる改良された光線療法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の装置のバルーン構成要素を示す図である。パネルＡは、360度の処置ウィンドウを与えるバルーンを示す。パネルＢは、360度でない処置ウィンドウを与えるバルーンを示す。
図２は、25mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテル（Overholtのカテーテル）のスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図３は、30mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテル（Overholtのカテーテル）のスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図４は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテル（Overholtのカテーテル）のスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図５は、25mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図６は、30mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図７は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる30mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図８は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる50mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために様々な色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図９は、70mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる50mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために様々な色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図10は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる50mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために様々な色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図11は、70mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる50mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために様々な色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図12は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる70mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図13は、70mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる70mmのウィンドウを有する、端部が黒くコーティングされた非反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図14は、50mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる70mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図15は、70mmの拡散器で終わる光ファイバケーブルを用いる70mmのウィンドウを有する、端部が白くコーティングされた反射性カテーテルのスキャンであって、組織散乱効果をシミュレートするために白い色の紙を用いた場合と用いない場合とのスキャンを示す。
図16は、ファイバ活性領域とバルーンウィンドウとの長さが等しい、反射性のコーティングされたカテーテルのスキャンを示す。
図17は、ファイバ活性領域の長さが2cmであり、バルーンウィンドウよりも長い、反射性のコーティングされたカテーテルのスキャンを示す。
発明の詳細な説明
本発明は、規定された領域に光照射を与えるための改良されたバルーンカテーテルデバイスを提供する。OverholtらによるLasers and Surgery in Medicine 14:27−33（1994）に開示されたバルーンカテーテルなどの従来技術の公知のバルーンカテーテルは、バルーンの部分に、コネチカット州、エイボン（Avon）のPermatex Industrial Corp.により供給される黒色のカラーガード（Color Gurad）などの吸収性コーティングを用いて、光がバルーンの部分を透過するのを防止している。従って、バルーンのうちで黒色で覆われていない部分が、処置ウィンドウを規定する。この処置ウィンドウは、360度であり得、または、例えば180度の処置ウィンドウなどの、バルーンの外周全体よりも少ない部分にされ得る。Overholtのカテーテルで用いられた黒色吸収性コーティングではなく、光をバルーンのルーメンに反射および／または散乱するコーティングを用いることによって、処置ウィンドウを透過する光の強度および全体的な均一性が劇的に増加し得ることが分かった。
さらに、以前に開示された、光線療法で用いられるバルーンカテーテルデバイスは、バルーンの中心に配置される拡散チップで終わる光ファイバケーブルを使用して、ケーブルを透過する光の放射状分配も与える。本発明は、処置ウィンドウよりも長い拡散チップを使用することにより、処置ウィンドウを透過する光の強度および全体的な均一性が増加され得ることを開示することによって、この構成を改良する。
これらの知識を用いて、本発明は、規定された領域に光照射を与える際に用いられる改良されたバルーンカテーテルを提供する。本明細書で使用される「光照射」、「光」または「照射」という用語は、約300nm〜約1200nmの波長の光を指す。これは、UV、可視光および赤外光を含む。波長の選択は、意図される用途に基づいて行われる。即ち、波長は、光活性化された薬物の活性化波長、または光活性化された化合物が使用されない場合に照射のために用いられる波長に合うように選択される。光活性化された化合物の例としては、ALA、SnET2、フタロシアニン、BPD、PHOTOFRIN、MACE、プソラレン、およびその誘導体などがあるが、これらに限定されない。
１つの実施態様において、装置は、光学的に透明な中央チャネルを有し、この中央チャネルに光ファイバプローブが挿入され得、外部スリーブは、近位端および遠位端を有し、遠位端の近傍に膨張可能なバルーンを含む。
本発明の装置のバルーン部分は、膨張されて様々な任意の形状に製造され得る。このような形状には、限定はされないが、テーパー状の端部を有する球状および円筒形状が含まれる。好ましい形状は、処置領域の形状および特性に依存する。例えば、食道を処置する場合（例えば、バレット食道を処置する場合）、テーパー状の端部を有する円筒形が好ましい。
バルーンのサイズおよび形状ならびに処置は、使用目的に依存する。例えば、本発明のデバイスが、バレット食道を処置するために用いられる場合、好ましい形状は、円筒形であり、膨張されたときの長さが約10mmから約200mmであり、直径が約10mmから約35mmである。直径は、食道内で折り目を平らにするように選択される。
本装置のバルーン構成要素を形成するのには、空気または流体を用いて膨張され得るバルーンを形成し得るものであるならば、任意の半弾力性材料が用いられ得る。材料は、透明または半透明であり得る。透明で、非膨張性の材料が好ましい。好ましい材料は、厚さが約0.11mmのポリウレタン膜である。しかし、当該技術分野で公知の他の膨張可能なバルーンカテーテルの構築において用いられる任意の材料が、本発明のデバイスにおいて容易に用いられ得る。
本発明の装置の本実施態様において用いられるバルーンは、バルーンのルーメンおよび処置ウィンドウに光を反射し、好ましくは、散乱させる反射材料を含む。材料は、バルーンの端部に含まれ、反射材料でコーティングされていない領域は、処置領域またはウィンドウを規定する。
本明細書では、材料に当たる光を偏向させることによって、光がその材料を透過するのを防止する場合、その材料は、反射性であると見なされる。好ましい材料は、さらに、偏向を散乱させ、材料に当たる光の反射を拡散させ得る。反射材料の機能は、処置ウインドウを透過する光の均一性および効率を増加させること、および光が処置ウインドウの外側の非標的領域に曝されることを防止することである。
図１は、両端に反射コーティングを含む（パネルａ）か、または両端に反射コーティングを含み、かつバルーンの処置ウインドウの周囲部分にわたって反射コーティングを含む（パネルｂ）、バルーンカテーテルの模式図である。
反射性であり、さらに、好ましくは反射光を散乱させ得る任意のコーティング材料は、本発明の装置の本実施態様のバルーン構成要素の反射コーティングとして使用され得る。コーティング材料の例としては、限定はされないが、二酸化チタン、アルミニウム、金、銀、および誘電膜が挙げられる。使用される反射材料の選択は、主に、バルーン内で使用される材料、バルーンを製造するために用いられる方法、および光線療法において用いられる光の波長に依存する。当業者は、本発明の装置のバルーン構成要素に導入される公知の反射性材料を容易に適用し得る。
好ましい反射性材料は、光を反射および散乱させ、材料に当たる光の約20％から約100％が、材料を透過するのを防止する。光の約70％から約100％を反射および散乱させるのが最も好ましい。
反射性材料は、様々な方法で、本発明の装置のバルーン構成要素に導入され得る。例えば、反射性材料は、バルーンが例えば浸漬プロセスを用いて形成された後、バルーンの表面に適用され得る。あるいは、反射性材料は、バルーンの製造中にバルーンを形成するために用いられる材料に直接導入され得る。反射性材料をバルーンに導入するために用いられる方法は、主に、使用される反射性材料、バルーンの形成材料、およびバルーン構成要素を製造するために用いられる方法に基づく。当業者は、反射材料をバルーン内またはバルーンの表面に導入するための当該技術分野で公知の手順を容易に用い得る。
反射性コーティングに加えて、バルーン構成要素は、さらに、反射性コーティング上にさらなる不透明なコーティングを有し得る。不透明コーティングはさらに、光が、規定される処置ウインドウ外のバルーンから出るのを防止するために用いられる。
バルーン構成要素は、さらに、光センサを含み得る。バルーン構成要素と一体の光センサは、カテーテルが治療で使用されるときに、照射強度を測定するために用いられ得る。バルーンカテーテルの一部としての光ファイバプローブまたはフォトダイオードなどの光センサについては、米国特許第5,125,925号に記載される。
本発明の装置は、さらに、光ファイバケーブル、光ファイバ束または液体光ガイドを含み得る。便宜上、以下、これらの構成要素を総称して光ファイバケーブルと呼ぶ。光ファイバケーブルは、レーザーまたは非レーザー光源に容易に取り付け可能な一端および拡散器が取り付けられる第２の端部を有する。
光ファイバケーブルの光搬送セクション（以下、光ファイバコアと呼ぶ）は、光ファイバケーブルが、バルーンのカテーテルの中央チャネルに挿入され得る限り、任意の直径であり得る。好ましい光ファイバコアは、直径が約50ミクロンから約1000ミクロン、好ましくは、約400ミクロンである。コア直径の選択は、光源の輝度および光ファイバ拡散器チップから必要とされる光パワー出力に依存する。
上記のように、光ファイバケーブルは、拡散チップまたは拡散器において終止する。本明細書では、拡散器または拡散チップは、光ファイバケーブルを透過する光がファイバから外側に放散するように拡散（散乱）させる手段を提供する、光ファイバケーブルの端部に取り付けられ得る素子、または光ファイバケーブルの端部に形成され得る構造として規定される。光ファイバ拡散器は、容易に入手でき、限定はされないが、中央コアを散乱媒体または散乱膜で取り囲むこと、光ファイバケーブルのチップをデーパ状にし、円錐形のチップを形成すること、またはテーパ状の光ファイバチップを光散乱媒体を含む円筒体に挿入することを含む種々の方法によって形成され得る。PDT装置において用いられる様々な拡散チップについては、米国特許第5,431,647号、第5,269,777号、第4,660,925号、第5,074,632号、および第5,303,324号に記載されている。本発明の装置に含まれる光ファイバケーブルの好ましい拡散チップは、SBIR出願許可2R44CA60225/02に記載される円筒形の拡散チップであり、Laserscope（CA）より入手可能である。
拡散チップの長さは、バルーン構成要素の端部で反射性材料によって規定される処置ウインドウのサイズに対して変化し得る。処置ウインドウを透過する光の強度および均一性は、処置ウインドウよりも長い拡散チップを選択することによって最適化され得ることが見い出されている。さらに、拡散チップが長ければ長いほど、処置ウインドウの中央に光ファイバを正確に配置する必要がなくなる。以下の実施例において、処置ウインドウよりも長い拡散チップは、処置ウインドウを透過する光の均一性を増加させることが見い出されている。好ましくは、拡散チップは、処置ウインドウの両側で約0.3cmから約5cmに延びる。
小型で効率的な発光ダイオード（LED）の製造における最近の発達により、一端に複数のLEDが実装され分配アレイ（distributed array）を形成しているプローブの使用が可能になっている。このようなプローブは、LED端側を先にして中央のチャネル内に挿入されることにより、光ファイバケーブルおよび拡散器に取って代わることができる。LEDは、拡散器の必要なしに、分岐する光ビームを発することができる（ただしそのようなプローブにおいて拡散を増大させるために拡散器を設けてもよい）。このような構成においてLEDは、拡散器チップに匹敵する長さまでプローブを覆っており、光ファイバケーブルまたはプローブに匹敵しかつそのように呼ばれる。
別の構成において、光学的に透明である中央チャネルなしに、バルーン要素を設けることができる。そのような構成において、拡散チップを有する光ファイバケーブルがバルーンの遠位端に接続され、バルーンを膨張したときに中央位置まで引っ張られる。
本発明のカテーテルは、任意の波長の光に対して用いることができる。波長の選択は、意図する使用法によって決定される。以下の実施例において、ヘリウムネオンレーザーを用いて得られる633nm波長の光を用いた。これは、PDTにおいて用いられる様々な光活性化化合物の活性化波長である。本発明のカテーテルの各要素において用いられる材料の選択、特に反射性コーティングおよび完成したアセンブリの全体寸法は、所与の処置波長および処置される兆候（indication）について所望の特性が得られるように、適宜調整され得る。
本発明の改良されたバルーンカテーテルの各要素、すなわち反射性コーティングおよび処置ウィンドウより長い拡散チップは、規定された処置領域に光を伝達する際の均一性および効率性を増加する。各要素は独立に現在利用可能なカテーテルとともに用いられてもよい。例えば、Overholtスタイルのカテーテルとともにより長いチップを用いてもよく、あるいは、両要素を組み合わせて用いてもよい。
本発明はさらに、表面を光照射するための改善された方法を提供する。具体的には、本改善された方法は、本発明のバルーンカテーテルの使用に依拠する。本発明のバルーンカテーテルは、特にバレット食道などの食道の悪性疾患の処置におけるPDTにおいて、生体刺激、ならびに低体温症の処置において有用である。本発明のデバイスは、バルーン照明カテーテルを用い得る全ての公知の光線療法および照明アプリケーションの当業者によって容易に用い得る。
以下の実施例は、本発明を例示するものであり、限定するものではない。引用している文献の全てを本明細書において参考のために援用する。
実施例１
以下のデータは、本明細書において開示するバルーンカテーテルと、OverholtらのLasers and Surgery in Medicine 14:27−33（1994）に実質的に記載されているバルーンカテーテルとの比較を提供するものである。このデータは、黒色端部（Ｂ）あるいは反射性白色端部（Ｗ）を有するバルーンを、バルーンの壁部にシミュレーションとしての組織反射器有りまたは無しの条件下（紙：無、あるいは、紙：白と呼称する）で用いて行われた研究を、要約している。さらに、異なるバルーンウィンドウ長さ／光ファイバ拡散器長さの比較を提供する。
データは、変形UDTフォトダイオード（Grasaby Optronics（フロリダ））を、実質的にKozodoyらの"New system for Characterising the Light Distribution of Optical Fiber Diffusers for PDT Applications"Proc.SPIE OE/LASE 2131A−16（1994年１月）に記載されているように、かつこれらの試験用にリニアスキャンを収集するように変形された検出器として用いる、自動化スキャンシステムを用いて収集した。ヘリウムネオンレーザー（Aerotech、ペンシルバニア）を用いて633nm波長の光を光ファイバプローブに与えた。バルーンカテーテルはPolymer Technology Group（カリフォルニア）から供給されるものであった。光学拡散器チップはLaserscope（カリフォルニア）から供給されるものであった。
この実施例におけるデータは、白色リキッドペーパー（Gillette（マサチューセッツ））を透明PTGバルーンの端部に塗布することにより、反射性端部がキャップされたバルーンをシミュレートすることによって得られた。実施例２および３に提示されるデータは、PTGによって特に製造された反射性TiOコーティングを有するバルーンカテーテルを用いた。
図２〜15に収集されたデータを要約する。各図は、様々な異なるパラメータについてバルーンウィンドウの長さに沿った１回以上のスキャンを示している。図は、規準化した光強度／フルーエンス（fluence）レート（ｙ軸）をバルーンウィンドウに沿った位置（Ｘ軸）に対してプロットしたものを示している。全ての図面は、ｙ軸を図面から図面へ直接比較可能であるようにプロットされている。ｘ軸は、バルーンカテーテルウィンドウ長さ（Ｘ＝０が処置ウィンドウの中心）にマッチングしている。
理解されるように、検出器がウィンドウのエッジを交差し始めるとき（「ウィンドウエッジ効果」ゾーン）に光強度が落ちる。このゾーンにおいて強度が落ちる点は、検出器の有限の直径（この場合2mm）によって決定される。2mm直径は、散乱に起因する組織中の光を平均する際におけるファクターである（factor）。データを分析し寸法ごとに比較する目的において、「ウィンドウエッジ効果」として表示している領域を越えるスキャン部分を無視し、スキャンの中央部分のみを用いた。また、各スキャンの横に平均強度を示し、下の凡例に調べたパラメータを示した。
図は、３つの大きいグループに分割することができる。すなわち、図２〜７は30mmのバルーンウィンドウデータの全てを示し、図８〜11は50mmのバルーンウィンドウデータの全てを示し、図12〜15は70mmのバルーンウィンドウデータの全てを示している。
表１および２に、図２〜15に示したデータから集めた数値を要約する。表１は、バルーンウィンドウの長さにマッチする光ファイバ拡散器で得られたデータを示し、表２は、バルーンウィンドウより2cm長い光ファイバ拡散器で得られたデータを提示している。
用いているパラメータならびに平均および標準偏差の基本的説明に加え、両表は、「均一良好性」についての計算値を示している。これは、平均値からの規定されたプラス／マイナス帯内のスキャン長のパーセンテージとして、定義される。数種のプラス／マイナス許容度（＋10％、＋20％、＋30％）を故意に選択し、これが計算された値にどのような影響を及ぼすかを検討した。特に関心のあった領域は、「適切に処置された領域（Properly Treated Region:（PTR）」であり、1.0に近づく値を優良であると見なし（許容度限界内の全出力（power））、これ未満の数を許容度外の出力と見なした。PTRは、この許容度内の局所的強度を有する光が組織中において所望のPDT応答を与えるか否かを示すことを意図している。
食道の疾患を処置するための効果的なPDTの開発が直面する問題の１つは、バレット食道のPDT処置のような光線療法的方法において光均一性要件がいかに重要でなければならないかについての情報がほとんどないことである。しかし、透過光の均一性を高めることによって、処置領域においてより均一な応答を生じ、所与の領域を再処置する必要性を潜在的に回避するはずであると結論付けることは妥当である。上記に基づいて、PTRのための良好な値であるための公称許容条件（nominal acceptance criteria）を＞0.70として、表１および表２の±10％データを、理想的なバルーンカテーテルおよび光ファイバの幾何学的形状を決定するデータとして使用すれば、典型的な臨床要件を満たす光ファイババルーンカテーテル構造は、１）処置ウィンドウよりも約2cm長い光ファイバ拡散チップを有し、２）処置ウィンドウの限界を規定する反射端部材料を有する。
さらなる重要な特性の１つは、バルーンウィンドウにおいて測定される各バルーンカテーテル／光ファイバの組合せについての強度の平均値（Iav）に関する。反射性コーティングが施された白色端部カテーテル（white−end catheter）、および組織散乱をシミュレートするためのバルーンの周囲の白色紙を用いた場合、3cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝3.6であり、5cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝3.5であり、7cmのウィンドウおよび7cmの拡散器の場合Iav＝3.5であり、3cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝3.6であり、5cmのウィンドウおよび7cmの拡散器の場合Iav＝4.0であった。
組織散乱をシミュレートするためのバルーンの周囲に紙を用いなかった場合、3cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝1.8であり、5cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝1.3であり、7cmのウィンドウおよび7cmの拡散器の場合Iav＝1.3であり、3cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝1.8であり、5cmのウィンドウおよび7cmの拡散器の場合Iav＝1.3であった。
上に与えられた様々な組合せによるIavデータを直接比較できるように、上に与えられた全てのデータを用いて、各長さの光ファイバ拡散器からのパワー出力を、拡散器チップＰから出力される単一のパワー/cm（mW/cm）に基準化した。
各データ組（白色紙vs白色紙無し）について、Iavの各平均値はかなり類似している（各平均値の±10〜20％以内）。これは、各光ファイバについて単一のJ/cm値を設定し得ることを示唆している。即ち、臨床医は、各光ファイバについての既知のmW/cmに従って要求されるパワーを測定する。
組織散乱をシミュレートするための白色紙を用いて、非反射性黒色端部コーティングされたカテーテルについてIavを得た。3cmのウィンドウおよび2.5cmの拡散器の場合Iav＝1.1であり、5cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝2.1であった。組織散乱をシミュレートするための白色紙を用いなかった場合、3cmのウィンドウおよび2.5cmの拡散器の場合Iav＝0.7であり、5cmのウィンドウおよび5cmの拡散器の場合Iav＝1.0であった。（表２参照）。
臨床的には、Overholtは、3cmバルーンの場合には250〜300J/cm、5cmバルーンの場合には125〜150J/cmを使用する必要があることを見いだした。Overholtの光投与量は、彼が用いた異なるバルーンカテーテル組合せに対して1.67〜2.4:1の比（平均2:1）を規定する。これは、白色散乱紙を用いてまたは用いずに計算された比（ration）を見ることによって、先に測定された値、即ち1.4〜2.0:1と同等である。
特筆すべきもう１つのキーポイントは、様々な幾何学形状を用いて先に測定された平均強度は、Overholtのカテーテルを用いて得られるものよりも大きいことである。これは、開示されているあらゆるバルーン長さを用いて同じ臨床結果および組織における同じ光投与量（J/cm2）を得るために、Overholtが彼の3cmのバルーンの場合に約275J/cmの光投与量を使うのに対して、本カテーテルは、たった
275×（1.1/3.6）＝84J/cm
しか使わないことを非常に重要に意味している。これは、利点として２通りに使用され得る。現存のバルーンカテーテル（黒色端部）の場合、典型的に、400mW/cmが用いられ、結果的に、275J/cmに対して処置時間は11.5分となる。反射性端部バルーンおよび処置ウィンドウよりも長い拡散器チップを用いた場合、処置時間が低減される（例えば、200mW/cmで７分）、あるいは、mW/cmが84mW/cmまで低減され得る。後者は、9cmの拡散器を使用している場合でも安価なレーザーダイオード（光ファイバにおいて30％の損失があると仮定した場合1.1Wのレーザーダイオードが必要）を使用することが可能になるので、極めて重要である。
上記結果に基づいて、白色端部を有するバルーンは組織においてより均一な光投与量を与え、これと適切な円筒形拡散器長さ光ファイバを組み合わせると、このような全てのバルーンカテーテル／光ファイバ組合せを用いたPDT処置に単一のP1（mW/cm）およびE1（J/cm）を使用することができる。さらなる利点の１つは、反射性バルーン端部によって得られる組み込み効果（integration effect）によって、処置時間の低減および比較的安価で比較的低パワーのレーザーの使用が可能になることである。
まとめると、大規模な試験によって、予期せず、Overholtのバレット型バルーンカテーテルの端部を黒色吸収材料から反射性／散乱材料に変え、処置ウィンドウにオーバーラップする光ファイバを共に使用することによって、バルーン表面における光の均一性が大幅に向上することが分かった。今回のバルーンカテーテルの光学特性の調査以前には、単に、光が理想の処置ゾーンを越えることを防ぐために不透明のカテーテル端部を使用するべきであると仮定され、長さに関係無く各バルーンカテーテルについて光の線量測定は同様になると考えられていた。最近になって、OverholtおよびPanjehpourは、黒色端部のバルーンカテーテルを用いた場合、単一の光投与量ELを使用できないという仮定に一致する臨床データを集めた。
黒色端部を有するバルーンカテーテルの光視野を測定したところ、ウィンドウのエッジに近くなる程、光が減衰することが測定されたので、黒色バルーン端部を反射性材料に変えた。均一性プロファイルの向上が観察されたが、それでも端部においては均一性は落ちた。光ファイバ拡散器をウィンドウの長さよりも長く延ばした場合、均一性プロファイルのさらなる向上が観察された。この構成を用いて、単一のEL値を規定することを可能にするバルーンカテーテル／光ファイバ幾何学形状を規定することが可能であった。
もう１つの驚くべき利点は、本発明のカテーテルについて得られた組み込み効果が非常に大きいため、以前は不可能であった領域において低パワーレーザーを使用することが可能になったことである。高価な高パワーレーザーの必要性が大きな制限となっていたので、これは、PDTに多くの機会を与えるものである。具体的には、出力が1.5Wで630nmで動作するレーザーダイオードをバレット食道の処置のために使用することが可能になった。但し、現在計画されている処置長さは最大7cmである。これは、7cmの長さ全体をカバーするためには、３〜４個の処置セグメントを用いた場合で約１時間の処置時間が必要になるので、典型的なPDT方法に必要な光投与量を送達する手段としては以前では考えられなかった。
実施例２
反射コートされたTiO2白色端部バルーン（Polymer  Technology  Groupにより提供された）を用いて以下のデータが得られた。
結果を表３に示す。データは、上記の実施例において提供されたデータと直接比較できる様式で規準化している。
照射された光の組織散乱をシミュレートするために白紙を用いて生成するスキャンに焦点を当てると、注目すべきキーファクターは以下の通りである。
1.結果は、壁内に臨床的に実行可能な散乱、すなわち、TiO2を組み込んだバルーンを用いて実施例１で得られた結果を裏付ける。
2.平均値は、ほぼ一定（4.34〜4.44、数パーセントの違い）である。以前は、組み込みファクタ（integration factor）の変動性の不確実性が懸念の原因であった。さらに組み込み定数（integration constant）は、以前の測定よりも高い（端部がより高い反射性を有する）。
3.適切に処置された領域（PTR）は、88.7％以上と以前高い。
4.変化の係数は低く且つほぼ一定（標準偏差は平均値の７％以下）である。
これは、白色端部バルーンの反射性を長さに合致させる、十分に考慮された設計によると、平均値は、バルーンのウィンドウ長さにかかわらず一定に保持され得ることを示す。より高い組み込みファクターは、光を光ファイバに送達するために用いられる光学系の要件を低減することを補助する。
実施例３
図16および図17は、異なるウィンドウサイズ／拡散器サイズの組み合わせによって得られた、処置ウィンドウを介した光の均一性を比較するために用いられ得るグラフィカルスキャンを提示する。図16は、拡散器およびバルーンウィンドウの長さが均等である場合のスキャンを示す。図17は、拡散器の長さがバルーンウィンドウよりも2cm長い場合のスキャンを示す。スキャンは両方とも、組織散乱効果をシミュレートするために白色散乱紙の存在下で行った。
図15および図16に示すデータを表３に要約する。表３はさらに、白色散乱紙を用いなかったときに得られた結果の要約をも示す。
提供されたこれらの結果は、実施例３で得られた結論、すなわち、より長い光ファイバおよび反射性コーティングを用いることの利点を確認しさらに支持する。
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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