(57)【要約】本発明は、組織（１１４）の属性の深さ解像された測定のための装置（２０）に関する。本装置は、前記組織（１１４）に光を照射するよう適応された照射手段（１１２）と、前記組織（１１４）によって吸収されなかった光を収集する収集手段（１１５）と、収集された光から種々の深さにおける組織（１１４）の属性を決定する決定手段（１０８）と、中空オブジェクト中に進入させるための、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部が収容されている筐体（１２１）とを有する。前記照射手段（１１２）および前記収集手段（１１５）は、光を深さ解像されて収集するよう適応されており、前記決定手段は深さ解像されて収集された光から前記組織（１１４）の深さ解像された属性を決定するよう適応されている。
2009538672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織属性の深さ解像された測定のための装置であって：
ａ）前記組織に光を照射するよう適応された照射手段と；
ｂ）前記組織によって吸収されなかった光を収集する収集手段と：
ｃ）収集された光から種々の深さにおける前記組織の属性を決定する決定手段と；
ｄ）中空オブジェクト中に進入させるための、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部が収容されている筐体とを有しており、
前記照射手段および前記収集手段が、光を深さ解像されて収集するよう適応されており、前記決定手段は深さ解像されて収集された光から前記組織の深さ解像された属性を決定するよう適応されている、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段および前記収集手段は、前記組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで前記組織に侵入し、
前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されている、装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、前記照射手段および前記収集手段は、前記組織の表面で直接反射された光の光信号を収集するよう適応されている、装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置であって、
前記照射手段および前記収集手段は、入射位置において前記組織にはいり、出射位置において前記組織を出た光信号を収集するよう適応され、収集された光信号の少なくとも一部については入射位置と出射位置との間の距離が異なる、装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段は照射器を有し、前記収集手段は複数の収集器を有し、各収集器は前記照射器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの収集器からの前記所定の距離は異なっている、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段は照射器を有し、前記収集手段は収集器を有し、前記照射器は、種々の波長をもつ光で前記組織を照射するよう適応されており、前記収集器は前記組織によって吸収されなかった種々の波長をもつ光を収集するよう適応されており、
前記決定手段は前記種々の波長のそれぞれに対して侵入深さを割り当て、ある波長の光から、その波長に割り当てられた侵入深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されている、装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置であって、
種々の侵入長をもつ光信号を収集するために、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動であるよう適応されている、装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段および／または前記収集手段は、微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有する、装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置であって、前記光は、
ａ）近赤外光および／または
ｂ）可視光および／または
ｃ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／または
ｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nmおよび／または1439nm、1932nm周辺の帯域内の波長および／または
ｅ）1600nmから1900nmの間の波長
を含む、装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段および／または前記収集手段が、一つまたは複数の偏極させるコンポーネントまたは偏極に敏感なコンポーネントを有する、装置。
【請求項１１】
前記筐体がカテーテルである、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
請求項１記載の装置であって、
前記筐体は、少なくとも所定の波長範囲について、あるいは少なくとも組織を照射するのに用いられる光の所定の波長について透明である光学窓を有する、装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置であって、
前記光学窓は該光学窓上での粒子の集塊化を防止するのに適合した物質で被覆されている、装置。
【請求項１４】
請求項１記載の、組織属性の深さ解像された測定のための装置を有する、組織をアブレーションするためのアブレーション装置。
【請求項１５】
組織属性の深さ解像された測定のための方法であって：
ａ）組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段を中空オブジェクト中に進入させ、
ｂ）前記照射手段によって光で前記組織を照射し、
ｃ）前記組織によって吸収されなかった光を前記収集手段によって収集し、
ｄ）収集された光から、種々の深さにおける前記組織の属性を決定手段によって決定するステップを有し、
前記光は深さ解像されて収集され、深さ解像されて収集された前記光から前記組織の深さ解像された属性が決定される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織属性の奥行き解像された（depth-resolved）測定のための装置および方法に関する。本発明はさらに、組織属性の奥行き解像された測定のための前記装置を有する、組織をアブレーションするためのアブレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織属性の奥行き解像された測定は、心臓アブレーションの分野で特に重要である。ここでは、組織は人間の組織である、すなわち人間の組織の属性を決定する必要がある。心臓アブレーションは、薬で制御できない、あるいはそうした薬に耐えられない患者における、異常に速い心拍を治療するために使われる。この療法の際、心臓アブレーション・カテーテルが血管を介して心臓に挿入される。カテーテルは蛍光透視法および／または他の撮像モダリティによって生成される画像によってナビゲートされる。一般に、無線周波（RF）エネルギーまたは強冷（凍結アブレーション（cryoablation））が組織の小さな体積を熱的に傷つけるのに使われる。傷つけられた組織は、電気絶縁体としてはたらき、心臓を過剰刺激する異常信号を遮断する。
【０００３】
組織を加熱し、損傷を誘起するためにはレーザーを使うこともできる。選択された波長を使うレーザー・ベースの治療は、無線周波エネルギーまたは強冷を使う心臓アブレーション・システムに比べて、より深くまでの侵入ならびに人工的破壊部（lesion）の大きさおよび形状に対するより大きな制御を提供する。さらに、レーザー・ベースのシステムは、磁気共鳴撮像（MRI）システムとも両立できる。
【０００４】
組織の測定された深さ解像された属性は、アブレーション手順、たとえば必要なレーザー出力および／または治療の継続時間を制御するために使うことができる。
【０００５】
組織属性の深さ解像された決定は、病気の組織を健全な組織から区別するためにも重要である。
【０００６】
US5,197,470は、近赤外放射を組織に照射し、組織によって吸収されなかった光の吸収スペクトルから組織が病んでいるか否かを判定する機器を開示している。だが、病気の組織が健全な組織によって覆われている場合には、この機器は病気の組織が位置している深さを判別できず、アブレーション治療はきわめて困難になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、組織属性の深さ解像された測定のための装置であって、種々の深さにある組織の属性を決定でき、特に、病気の組織が健全な組織によって覆われていたとしても病気の組織の深さ位置を決定でき、特に中空のオブジェクトの内部組織の属性を決定できるものを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、組織属性の深さ解像された測定のための装置であって：
ａ）前記組織に光を照射するよう適応された照射手段と；
ｂ）前記組織によって吸収されなかった光を収集する収集手段と：
ｃ）収集された光から種々の深さにある組織の属性を決定する決定手段と；
ｄ）中空オブジェクト中に進入させるための、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部が収容されている筐体とを有しており、
前記照射手段および前記収集手段が、光を深さ解像されて収集するよう適応されており、前記決定手段は深さ解像されて収集された光から前記組織の深さ解像された属性を決定するよう適応されている、装置によって達成される。
【０００９】
前記筐体は柔軟であっても剛性であってもよく、たとえばカテーテルまたは内視鏡である。
【００１０】
前記組織はたとえば中空オブジェクトの内部組織である。
【００１１】
光が深さ解像されて収集される、すなわち光信号が組織中での侵入深さに依存して分離できるように収集されるので、各光信号に対して侵入深さが割り当てられることができ、前記決定手段は、種々の侵入深さが割り当てられた光信号を使うことによって、種々の深さにおける前記オブジェクトすなわち前記組織の属性を決定できる。前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部は、中空オブジェクト内に進入させるための筐体内に位置されているので、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部は、たとえば治療する必要のある組織の位置まで中空オブジェクト中に進入させることができ、その組織が前記照射手段によって照射されることができ、その組織によって吸収されなかった光が深さ解像されて収集されることができる。
【００１２】
本発明のある実施形態によれば、前記照射手段および前記収集手段は、組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで組織に侵入しており、前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける組織の属性を決定するよう適応されている。収集された光信号は異なる侵入深さまで組織に侵入したものなので、前記決定ユニットは前記光信号から、種々の深さにおける組織の属性を決定できる。
【００１３】
前記照射手段および前記収集手段は、組織表面における属性をも決定するよう、オブジェクト表面で直接反射された光の光信号を収集するよう適応されることができる。
【００１４】
収集された光から深さ解像された属性を決定するために、組織属性の深さ解像された測定のための前記装置は、前記光信号を電子的な検出信号に変換する検出器を有することができる。前記検出信号は前記決定ユニットに伝達されることができる。前記決定ユニットは好ましくは決定コンピュータであり、検出された信号から、すなわち収集された光から、種々の深さにおける組織属性を決定する。
【００１５】
前記照射手段および前記収集手段は、入射位置において組織にはいり、出射位置において組織を出た光信号を収集するよう適応され、収集された光信号の少なくとも一部については入射位置と出射位置との間の距離が異なることができる。侵入深さは、入射位置と出射位置が互いからより大きな距離をもつ光信号についてのほうが、入射位置と出射位置がより小さな距離をもつ光信号についてよりも深いので、そして入射位置と出射位置の間の距離と侵入深さとの間の関係は既知であるか較正によって決定できるので、入射位置と出射位置の各距離に対して、すなわち各光信号に対して、侵入深さが割り当てられることができ、前記決定ユニットは光信号および割り当てられた侵入深さから種々の深さにおける組織の属性を決定できる。
【００１６】
特に、前記照射手段は照射器を有することができ、前記収集手段は収集器を有することができ、各収集器は前記照射器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの収集器からの前記所定の距離は異なっており、すなわち、前記照射器は前記入射位置に位置され、前記収集器は異なる出射位置に位置され、前記入射位置とある収集器が位置される出射位置との間の距離は前記入射位置と別の収集器が位置される少なくとも一つの他の出射位置との間の距離とは異なっている。この構成を使うことにより、前記組織は前記照明器からの光によって照射され、光が組織内で部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集器によって収集され、前記照射器まである距離をもつ一つの収集器によって収集された光は、前記照射器まで前記ある距離とは異なる距離をもつ別の収集器によって収集された光とは、別の侵入深さをもつ。こうして、ある収集器によって収集された光はある侵入深さに対応し、光を深さ解像されて収集することが許容される。深さ解像された測定された光は、深さ解像されて前記組織の属性を決定するために使われる。
【００１７】
本発明に基づくもう一つの実施形態では、前記照射手段は複数の照射器を有することができ、前記収集手段は収集器を有することができ、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器からの前記所定の距離は異なっている。この実施形態では、組織は異なる照射器からの光によって照射され、これらの照射器の少なくとも一部は組織を異なる位置において、すなわち異なる入射位置において照射する。上述したように、光は組織内で部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集器によって収集される。前記収集器まである距離をもつ一つの照射器から発された光は、前記収集器まで前記ある距離とは異なる距離をもつ別の照射器から発された光とは、別の侵入深さをもつ。こうして、ある照射器から発されて前記収集器によって収集された光はある侵入深さに対応し、光を深さ解像されて収集することが許容される。また、この深さ解像された測定された光は、深さ解像されて前記組織の属性を決定するために使われることができる。
【００１８】
本発明のある実施形態では、前記照射手段は照射器を有し、前記収集手段は収集器を有し、前記照射器は、種々の波長をもつ光で前記組織を照射するよう適応されており、前記収集器は前記組織によって吸収されなかった種々の波長をもつ光を収集するよう適応されており、前記決定手段は前記種々の波長のそれぞれに対して侵入深さを割り当て、ある波長の光から、その波長に割り当てられた侵入深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されている。異なる波長の光が異なる侵入深さを有するので、そして前記光は前記異なる波長が互いから分離できるように収集されるので、前記光は深さ解像されて収集される。さらに、前記決定手段は異なる波長に異なる侵入深さを割り当てるので、前記決定手段は前記組織の種々の深さにおける属性を効率的に決定できる。
【００１９】
本発明のもう一つの実施形態によれば、異なる侵入深さをもつ光信号を収集するために、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動であるよう適応されている。すなわち、前記入射位置と前記出射位置との間の距離が修正できる。たとえば前記照射手段が当該装置に対して固定されていて、前記収集手段が前記照射手段に対し可動であれば、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動である。その際、前記照射手段はオブジェクトに光を照射し、吸収されなかった光が前記収集手段によって種々の収集器位置において、すなわち異なる出射位置において収集されることができる。前記照射手段と前記収集手段との間の距離は侵入深さに関係する。よって、異なる収集器位置において光を収集することによって、光は効果的な仕方で深さ解像されて収集される。
【００２０】
好ましくは、
ａ）前記照射手段はいくつかの照射器を有し、前記収集手段は少なくとも一つの収集器を有し、前記照射器の少なくとも二つは少なくとも一つの収集器に対して同じ距離のところに位置されている、あるいは
ｂ）前記照射手段は少なくとも一つの照射器を有し、前記収集手段はいくつかの収集器を有し、前記収集器の少なくとも二つは少なくとも一つの収集器に対して同じ距離のところに位置している。
【００２１】
たとえば、前記照射手段は複数の照射ファイバーを有することができ、前記収集手段は一つの収集器ファイバーまたは一つの収集器ファイバー束を有することができ、前記複数の照射ファイバーは前記収集器ファイバーまたは前記収集器ファイバー束のまわりで、環を形成するすなわち等距離に位置されるか、渦巻きを形成するすなわち異なる距離のところに位置される。前記照射ファイバーは前記収集器ファイバーまたは前記収集器ファイバー束に対して可動であることができる。すなわち、前記環の半径は時間とともに変わることができる。あるいはまた、前記収集器手段は複数の収集器ファイバーを有することができ、前記照射手段は一つの照射ファイバーまたは一つの照射ファイバー束を有することができ、前記複数の収集器ファイバーは前記照射器ファイバーまたは前記照射器ファイバー束のまわりで環を形成する。前記収集器ファイバーは前記照射ファイバーまたは前記照射ファイバー束に対して可動であることができる。すなわち、前記環の半径は時間とともに変わることができる。あるさらなる実施形態では、異なる侵入長までオブジェクトに侵入した光を収集するために、前記照射手段は可変直径の円形開口および収集手段を有することができ、前記収集手段は可変直径の円形開口および照射手段を有することができる。
【００２２】
前記検出手段に対して同じ距離のところに位置される複数の照射源、たとえば複数のファイバー、すなわち環が使われる場合、組織中に発射される光の量はより大きくなる。これは、検出される信号の量を増す。同じことは複数の収集手段についても成り立つ。
【００２３】
前記照射または検出手段が可変直径の環または前記検出または照射ファイバーに対して渦巻き形に配置されたファイバーのセットであることが好ましい。また、この配置を使うことにより、検出される光の量がより大きくなる。
【００２４】
前記照射手段および／または前記収集手段は好ましくは、本発明に基づく装置の照射手段および収集手段の大きさを最小限にして前記照射手段および前記収集手段を前記筐体中に導入するために、微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有する。
【００２５】
さらに、検出された信号が、回折格子またはプリズムのような分散要素を使ってスペクトルに分光分解されることが好ましい。これは、ある波長または波長範囲に対応する組織の属性を、効率的な仕方で決定することを許容する。
【００２６】
前記照射手段は、光を組織中に結合するための光子カプラを有することができる。これは、光の組織中への簡単な結合を許容する。
【００２７】
組織属性の深さ解像された測定のための当該装置が一つまたは複数の（線形アレイまたは２Ｄアレイの）ＳｉまたはＩｎＧａＡｓ検出器を有することが好ましい。これらの検出器の使用は良好な品質の検出信号を与え、組織属性の測定の品質を改善する。
【００２８】
前記装置は
ａ）近赤外光および／または
ｂ）可視光および／または
ｃ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／または
ｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nm、1439nmおよび／または1932nm周辺の帯域内の波長および／または
ｅ）1600nmから1900nmの間の波長
を使うよう適応されていることが好ましい。
【００２９】
これらの波長をもつ光は、好ましい組織である人間の組織に、波長に依存して数ミリメートルの深さまで侵入する。さらに、これらの波長が好ましいのは、これらの波長をもつスペクトルが人間の組織の変化に敏感だからである。よって、これらの波長を使うことによって、特に人間の組織、たとえば心臓組織の変化が信頼できる仕方で検出および決定できる。
【００３０】
さらに、前記照射手段および／または前記収集手段が、組織によって誘起される光の偏極の変化を検出するために、一つまたは複数の偏極コンポーネント、たとえば偏光子を有することが好ましい。こうして、組織の属性がこうした偏光の変化を検出することによって決定できる。
【００３１】
さらに、前記筐体がカテーテルであることが好ましい。
【００３２】
人体中、たとえば血管中に挿入された場合、このカテーテルを用いて、人体内部の組織の属性が深さ解像されて決定できる。これは組織の治療との関連で特に有用である。治療によって引き起こされる変化が観察でき、あるいは組織のどの部分が治療される必要があるか、どのように治療が進行するかを判別できるのである。
【００３３】
さらに、前記照射手段および前記収集手段が、カテーテルの挿入を簡単にするよう、前記照射手段および前記収集手段を、よってカテーテルを小型化するために、カテーテル内部に位置される微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有することが好ましい。
【００３４】
特にカテーテルである前記筐体は、少なくとも所定の波長範囲について、あるいは少なくとも組織を照射するのに用いられる所定の波長の光について透明である光学窓を有することができる。この光学窓は前記収集手段および照射手段を血球のような粒子について保護する。特に、この光学窓は、該光学窓上での粒子の集塊化を防止するのに適合した物質で被覆される。特に、この物質は有機物質である。
【００３５】
レーザー・アブレーション装置であって、異なる深さの組織の属性を決定でき、特に健全な組織によって覆われた病気の組織の深さ位置を決定でき、治療の進行を判別できるものを提供することが本発明のさらなる目的である。
【００３６】
この目的は、請求項１３記載のレーザー・アブレーション装置によって達成される。このレーザー・アブレーション装置を使うことによって、組織の属性は、アブレーション手順の前、間または後に、深さ解像されて決定できる。属性が深さ解像されて決定できるので、病気の組織が健全な組織に覆われていたとしても、治療の進行および病気の組織の深さ位置が決定できる。これは、治療の進行および病気の組織の深さ位置に適合したアブレーション手順を実行することを許容する。たとえば、レーザー出力および／またはアブレーション継続時間が、治療の進行および／または病気の組織の深さ位置に適合されることができる。
【００３７】
異なる深さにおける組織属性を決定するために使用できる方法を提供することが本発明のさらなる目的である。この目的は、組織属性の深さ解像された測定のための方法であって：
ａ）組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段を中空オブジェクト中に進入させ、
ｂ）前記照射手段によって光で前記組織を照射し、
ｃ）前記組織によって吸収されなかった光を前記収集手段によって収集し、
ｄ）収集された光から、種々の深さにおける組織の属性を決定手段によって決定するステップを有し、
前記光は深さ解像されて収集され、深さ解像されて収集された前記光から前記組織の深さ解像された属性が決定される、
方法によって達成される。
【００３８】
上述したように、前記光は深さ解像されて収集される、すなわち光信号は組織中での侵入深さに依存して分離できるように収集されるので、各光信号に侵入深さが割り当てられることができ、前記決定手段が異なる深さにおける前記組織の属性を、異なる侵入深さが割り当てられた光信号を使うことによって、決定できる。
【００３９】
組織の属性の深さ解像された測定は多変量解析を使って決定されることが好ましい。多変量解析の使用は、特に組織スペクトルを解析する必要がある場合、組織の属性を効率的な仕方で決定することを許容する。
【００４０】
本発明について以下で図面を参照しつつ述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、レーザー・アブレーション装置１の概略図である。レーザー装置１は、人間の心臓３の血管中に導入された心臓アブレーション・カテーテル２を有している。本心臓アブレーション・カテーテルは動作デバイス（operation  device）４に接続されている。動作デバイス４は測定光源５、アブレーション光源６および検出器７を含んでいる。人間の組織に向けられ、該組織によって吸収されずにたとえば反射および／または散乱された測定光源５からの光を検出するためである。
【００４２】
レーザー・アブレーション装置１はさらに、検出器７によって検出された光から異なる深さにおける組織の属性を決定するための決定手段８、たとえばコンピュータを有する。レーザー・アブレーション装置１は制御ユニット９、すなわち制御コンピュータによって制御される。制御コンピュータは前記動作デバイス４および前記決定手段８を制御する。
【００４３】
人間の心臓３の血管１１中に導入されている前記心臓アブレーション・カテーテル２の端部１０が図２の概略図においてより詳細に示されている。照射手段１２が心臓アブレーション・カテーテル２内に位置されている。照射手段は測定光源５に光ファイバー１３を介して接続されている。照射手段１２は好ましくは、測定光源５から照射手段１２に光ファイバー１３を介して伝送された光を、検査する必要のある組織のほうに、すなわち血管１１の内壁のほうに向けるために微小プリズム（図２には示さず）を有する。照射手段１２から発する光は組織１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集手段１５によって収集される。収集手段１５は好ましくは前記光を収集し、光ファイバー１６に結合させるために微小鏡および微小レンズを有する。光ファイバー１６は収集された光を動作デバイス４内の検出器７に送信する。検出器７は収集された光に依存して検出信号を生成し、検出信号は決定手段８に伝達される。決定手段８は検出信号から組織１４の属性を決定する。すなわち、決定手段８は組織１４の属性を、収集された光から、すなわち光信号から決定する。
【００４４】
さらに、組織１４のアブレーションのための光を発するアブレーション手段１７が前記心臓アブレーション・カテーテル２中に挿入される。アブレーション手段１７は、光ファイバー１８を介してアブレーション光源６に接続されている。
【００４５】
このレーザー・アブレーション装置１を使うことによって、アブレーション手順の間に組織１４の属性が検査されることができ、組織１４の決定された属性に依存してアブレーション手順が制御ユニット９によって制御されることができる。
【００４６】
たとえば、制御ユニット９はレーザー・アブレーション装置１を制御して、前記決定手段８またはあるプロセッサが連続的または定期的に検出信号、たとえば組織スペクトルを検出器７からフィードバック・ループにおいて受け取るようにできる。前記決定手段８または前記プロセッサは検出信号、たとえば組織スペクトルの時間的な変化をある種のアブレーション条件（すなわち、出力設定、変調など）のもとで検出する。制御ユニット９はレーザー・アブレーション装置１を制御して、これらの条件が、前記決定手段８または前記プロセッサによって決定されたアブレーションされる組織の状態に従って変えられるようにできる。制御ユニット９による制御は好ましくは自動制御であるが、レーザー・アブレーション装置１は、検出された変化を示す手段および示された変化に従って手動でアブレーション条件を変更する手段を有することもできる。
【００４７】
一例は、表面の過剰加熱（焦げを引き起こす）の防止である。照射手段は表面／表層組織を探査するためにＶＩＳ（可視（visible））および／またはＮＩＲ（近赤外（near-infrared））光源を有することができる。組織の光学的特性における有害な変化を示すスペクトルは、出力および／または変調設定の調整をトリガーできる。たとえば、さらなる害を防ぐために出力が低下させられることができる。
【００４８】
もう一つの例は、健全な組織層、たとえば心外膜への損傷の防止である。この場合、種々の深さで探査して組織スペクトルにおいて観察される変化が、組織にエネルギーを加えるのをやめる時を決定するために使われる。
【００４９】
心臓アブレーション・カテーテル２は、測定光源５およびアブレーション光源６の波長について透明な光学窓１９（図２の点線）を有する。光学窓１９は好ましくは、該光学窓１９上での粒子、たとえば血球の集塊化を防止するために有機物質で被覆される。
【００５０】
レーザー・アブレーション装置１の一部は、組織の属性の深さ解像された測定のための装置２０であり、これはレーザー・アブレーション装置１とは別個に使用でき、図３に独立した装置として概略的に示されている。
【００５１】
組織の属性の深さ解像された測定のための装置２０は、測定光源１０５を有する。測定光源１０５は、測定光源１０５によって生成された光を照射手段１１２に光ファイバー１１３を介して伝送するために、光ファイバー１１３を介して照射手段１１２に接続されている。照射手段１１２は、照射手段１１２から発する光が組織１１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射されるよう構成される。吸収されなかった光は収集手段１１５によって収集される。収集手段１１５は検出器１０７に光ファイバー１１６を介して接続されている。収集手段１１５によって収集された光は検出器１０７に光ファイバー１１６を介して伝達され、検出器１０７が収集された光を検出信号に変換する。検出信号は決定手段１０８に伝達され、決定手段１０８は検出信号から種々の深さにおける組織の属性を決定する。すなわち、種々の深さにおける組織の属性が収集された光から決定されるのである。
【００５２】
検査プロセスは制御ユニット１０９、たとえば制御コンピュータによって制御される。制御ユニット１０９は測定光源１０５、検出器１０７および決定手段１０８に接続されている。
【００５３】
照射手段１１２および収集手段１１５は、中空オブジェクト中を進むための筐体１２１、たとえばカテーテルの中に位置されている。筐体は光学窓１１９（図３の点線）を有する。光学窓１１９は好ましくは、該光学窓１１９上での粒子の集塊化を防止するために有機物質で被覆される。前記被覆および光学窓１１９は測定光源１０５の光について透明である。
【００５４】
図３では、筐体１２１は中空オブジェクト、たとえば人間の心臓内に位置されている。ここで、中空オブジェクトの一つの内壁のみが示されている。
【００５５】
以下では、本発明に基づく組織属性の深さ解像された測定を説明するために、照射手段および収集手段の構成についてより詳細に述べる。
【００５６】
図４において、一つの照射器２２２を有する照射手段２１２およびいくつかの収集器２２３、２２４、２２５を有する収集手段２１５が概略的に示されている。収集器２２３、２２４、２２５は好ましくは互いに等距離に、あるいは対数スケール上での諸距離に位置される。照射器２２２はたとえば、測定光源からの光を検査する必要のある組織２１４のほうに向けるよう構成された微小プリズムである。微小プリズムはたとえば、光ファイバー通信応用、特に光スイッチの分野において知られている。光は組織２１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射される。組織２１４によって吸収されなかった光は収集器２２３、２２４、２２５によって収集される。照射器２２２までの最小距離をもつ収集器２２５によって収集される光は、他の収集器２２３、２２４によって収集される光の侵入深さd2、d3より短い侵入深さd1をもつ。図４で見て取れるように、侵入深さd1、d2、d3は収集器２２３、２２４、２２５の照射器２２２までの距離が増すとともに増す。各収集器２２３、２２４、２２５は好ましくは、光を収集するための微小レンズ、微小鏡または微小プリズムおよび収集された光を検出器に伝達するための光ファイバーを有する。検出器は収集された光を検出信号に変換する。すなわち、光信号は検出信号に変換される。そして検出信号は決定手段に伝達される。各検出信号について対応する光信号を収集した収集器２２３、２２４、２２５の照射器２２２までの距離は既知なので、そしてこれらの距離と侵入深さとの間の関係もたとえば較正手順によって既知なので、種々の深さにおける組織２１４の属性が、検出信号から決定できる。
【００５７】
ファイバーからファイバーへの距離を侵入深さに対して構成する好ましい諸方法は、有限要素またはモンテカルロ・シミュレーションといった数値的なもの、あるいは拡散近似（diffusion  approximation）の使用による解析的なもののいずれでもよい。好ましくは、オブジェクトの種々の層、たとえば種々の心臓組織層の光学的属性が種々の条件のもとで、たとえば積分球をもつ吸収分光計を使って、測定される。これらのデータは好ましくは逆加算倍加法（inverse  adding-doubling  method）を使って処理され、吸収および散乱係数が与えられる。
【００５８】
次いで、たとえば組織内の光子伝搬のモンテカルロ・ベースのシミュレーションを使って、異なるファイバー間距離に対応する平均侵入深さのデータベースが構築できる。あるいはまた、他の数値的諸方法または拡散近似に基づく解析的諸方法をこの目的のために使うこともできる。
【００５９】
較正後、実際の測定が実施される。ここで、好ましくは、光学的スペクトルが異なるファイバー間分離において取得される。ファイバー間距離と侵入深さとの間の関係を知っているので、取得されたスペクトルは、組織内の特定の深さに関係させることができる。その後の測定においては、スペクトルの観測可能な変化が組織への変化を示す。スペクトルの変化が非常に小さい場合、多変量解析（H・マルテンス（Martens）、T・ナエス（Naes）著「多変量較正（Multivariate  Calibration）」、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（John  Wiley  &  Sons）、第１版、1992年7月28日、を参照）を使うことができる。
【００６０】
測定光源の光は好ましくは、単一波長または広帯域の近赤外スペクトルをもつ近赤外光である。検出器は好ましくは、種々の収集器によって収集される光が同時にまたは時間的に逐次に検出できるよう適応されている。
【００６１】
さらに、測定光源および／またはアブレーション光源の光は、ａ）ＶＩＳ／ＮＩＲスペクトル、特に350‐2000nmの範囲および／またはｂ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／またはｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nm、1439nm、1932nmの波長および／またはｄ）約1600nmから1900nmの間、特に1600nmから1900nmの間の波長をもつことが好ましい。
【００６２】
以下では、検出器７によって検出でき、特殊な波長または波長範囲で変化を示し、そこから組織の属性および組織の属性の変化が決定できるいくつかのスペクトルが示される。
【００６３】
図９は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（点線）およびアブレーションされた心臓組織（実線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。したがって、これらのスペクトルから、オブジェクトにおける、すなわちこの実施例では組織における含水率および含水率の変化が決定できる。これらのスペクトルが深さ解像されて検出できるので、特に、吸収および含水率が種々の深さにおいて決定できる。
【００６４】
図９〜図１２および図１５に示されるＮＩＲスペクトルは、拡張されたＩｎＧａＡｓ光検出器を使って取得された。
【００６５】
図１０は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルΔR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。アブレーションされた組織の反射の増加（正常な組織およびアブレーションされた組織の反射の間の差分スペクトルの負の値）は、これらのスペクトル帯域での水吸収の減少を示し、よってアブレーションされた組織における含水率の減少を示す。
【００６６】
図１１は、照射手段と収集手段との間の約1000マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。この相違は図１２において別個に示される。
【００６７】
図１２は、照射手段と収集手段との間の約1000マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルを示す。水のスペクトル帯域のまわりでの強度の明確な相違が見える。これは、正常な組織とアブレーションされた組織との間での含水率の変化を示す。
【００６８】
図９および図１０に示されたスペクトルは、図１１および図１２に示されたスペクトルとは、照射手段と収集手段の間の異なる距離を用いて測定されているので、これらのスペクトルから、当該オブジェクト、この実施例では組織の属性が異なる深さにおいて決定できる。この実施形態では、特に、異なる深さにおける吸収および含水率が決定できる。
【００６９】
図１５は、照射手段と収集手段との間の100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、脂肪を含む心臓組織の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。
【００７０】
図１６ないし図１８において示されたスペクトルから、ヘム含有タンパク質および水（water）の内容（content）および変化が決定できる。
【００７１】
図１６は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＶＩＳ／ＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。ヘム含有タンパク質のスペクトル帯域のまわり、すなわち542nm、556nm、576nmおよび758nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。
【００７２】
図１７は、照射手段と収集手段との間の約500マイクロメートルの分離でＶＩＳ／ＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。ヘム含有タンパク質のスペクトル帯域のまわり、すなわち542nm、556nm、576nmおよび758nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。
【００７３】
図１８は、積分球をもつ吸収分光計を使って測定された、正常な（実線）およびアブレーションされた（点線）バルクの（すなわち深さ解像されていない）心臓組織のＶＩＳ／ＮＩＳ反射スペクトルを示す。ヘム含有タンパク質の吸収および水の帯域のまわりでスペクトル間の相違が観察できる。
【００７４】
検出されたスペクトル間の関係およびさらなるオブジェクト属性を決定するために、オブジェクトの諸要素の既知のスペクトルを使うことができる。これらのスペクトルは好ましくは、実際の測定前にこれらの関係を決定し、これらの決定を前記決定ユニット中に記憶し、前記決定ユニットが、照射手段と収集手段との間の種々の距離をもって測定されたスペクトルから種々の深さにおけるオブジェクトの属性を自動的に決定できるようにするために使われる。人間の組織の諸要素のそのような既知のスペクトルが図１３および図１４に示されている。
【００７５】
図１３は、D・J・ジーゲルシュタイン（Segelstein）「水の複素反射率（The  complex  reflective  index  of  water）」、ミズーリ大学カンザスシティ校（University  of  Missouri-Kansas  City）、1981年、による水の吸収スペクトルα(λ)を示している。
【００７６】
図１４は、W・B・グレーザー（Grather）、Med.  Res.  Council  Labs、ホリー・ヒル（Holly  Hill）、ロンドン（London）およびN・コリアス（Kollias）、ウェルマン・ラボラトリーズ（Wellman  Laboratories）、ハーヴァード・メディカル・スクール（Harvard  Medical  School）、ボストン（Boston）による150g/lの濃度でのオキシヘモグロビン（点線）およびデオキシヘモグロビン（実線）の吸収スペクトルα(λ)を示している。Hb吸収の周辺、たとえば542nm、556nm、576nmおよび758nmにおけるスペクトル帯の変化が組織アブレーションに際して期待される。アブレーションされた心臓組織においては、ミオグロビンまたはシトクロムといった他のヘム含有タンパク質におけるこれらのスペクトル帯域の周辺における変化が起こることも期待される。
【００７７】
好ましくは、オブジェクト、すなわち組織の属性の実際の決定の前に、組織の属性の深さ解像された測定のための当該装置は、収集された光、すなわち検出された信号、特に検出されたスペクトルと組織の属性、たとえば組織中のある要素の含有率との間の関係を決定するために、組織中に存在していることのできる既知の要素の測定されたまたは既知のスペクトルを使うことによって、較正される。
【００７８】
図４、図５および図８では、照射手段および収集手段は、組織への距離が０または小さいとして示されている。しかしながら、本発明はそのような場合に限定されるものではない。組織の属性の深さ解像された測定のための当該装置は、照射手段および／または収集手段の組織までの距離がより大きくても使用できる。
【００７９】
図５は、本発明に基づく照射手段３１２および収集手段３１５のもう一つの構成を概略的に示している。照射手段３１２はいくつかの照射器３２２、３２６、３２７を有する。これらの照射器は収集手段３１５までの異なる距離をもつ。収集手段３１５は一つの収集器３２３をもつ。照射器３２２、３２６、２２７は測定光源に光ファイバーを介して接続されている。照射器３２２、３２６、３２７は、照射器３２２、３２６、３２７から発する光が、光を部分的に吸収、散乱および／または反射する組織３１４に侵入するよう配置されている。吸収されなかった光は収集器３２３によって収集される。収集器３２３は光ファイバーを介して検出器に接続されている。検出器は収集された光を検出信号に変換する。すなわち、検出器は光信号を検出信号に変換する。これらの検出信号が決定手段に伝達される。
【００８０】
図４の構成と同様に、図５でも、侵入深さd1、d2、d3は照射器３２２、３２６、３２７の収集器３２３までの距離が増すとともに増す。本発明に基づき、この構成を使う、組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発する光を区別するよう適応される。測定光源の光が広帯域の近赤外スペクトルである場合、あるいは測定光源の光が一つの波長しか含まない場合、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発する光を区別するために、照射器３２２、３２６、３２７は組織３１４を時間的に逐次的に照射する。照射器３２２、３２６、３２７から発された光を区別するために、異なる波長を使うこともできる。この場合、各照射器は、他の照射器の波長とは異なる一つの波長を含む。あるいはまた、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発された光を区別するために、各照射器３２２、３２６、３２７はいくつかの波長を含む光を発し、異なる照射器３２２、３２６、３２７の光が異なる波長を含むこともできる。
【００８１】
異なる波長をもつ光の照射器３２２、３２６、３２７を提供するためには、組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、いくつかの測定光源を有することができる。この場合、異なる測定光源は異なる波長をもつ光を放出する。各照射器３２２、３２６、３２７はこれらの測定光源の一つに光ファイバーを介して接続されることができる。あるいはまた、一つだけの測定光源または重なり合う光スペクトルをもついくつかの測定光源を使うことができる。この場合、前記一つの測定光源の光スペクトルまたは重なり合う光スペクトルをもつ前記いくつかの測定光源の光スペクトルは、たとえば格子または光ファイバーによって、空間的に異なる波長に分割される。異なる波長に分割された光は光ファイバーに結合され、該光ファイバーがその光を照射器３２２、３２６、３２７に伝達し、異なる照射器３２２、３２６、３２７の光が異なる波長をもつようにする。
【００８２】
決定手段は検出器からの検出信号を受信する。ここで、各検出信号について、対応する光を発した照射器３２２、３２６、３２７の収集器３２３までの距離は、たとえば該対応する光の単数または複数の波長が既知なので、既知であり、これらの距離と侵入深さとの間の関係も、たとえば較正によって既知であるため、決定手段は、上で説明したように、前記検出信号から、すなわち収集された光から、異なる深さにおける組織の属性を決定する。異なる収集器によって収集された光を区別するために異なる波長が使われる場合、異なる収集器によって収集される光は、同時に収集されることができる。
【００８３】
図６は、カテーテル４０２内の図５の構成を示している。測定光源からの光は照射器４２２、４２６、４２７に伝達される。照射器は好ましくは微小プリズムを含む。これらの微小プリズムは、光を組織４１４のほうに向ける。組織４１４によって吸収されなかった光は、好ましくは微小レンズ４３０、４３１および微小鏡４３２を有する収集器によって収集される。これらは光を収集し、その光を検出器に接続されている光ファイバー４１６に結合する。
【００８４】
図７は、カテーテル５０２内の、本発明に基づく照射手段および収集手段のもう一つの構成を概略的に示している。照射手段は格子カプラ５３３を有し、該格子カプラ５３３は、測定光源から光ファイバー５１３を介して該格子カプラ５３３に伝達された光を、光ファイバー５１３から組織５１４中に伝達する。組織５１４によって吸収されなかった光は、微小レンズ５３０、５３１および微小鏡５３２を有する収集手段によって収集される。これらは光を収集し、その光を検出器に接続されている光ファイバー５１６に結合する。カテーテル５０２は、測定光源の光について透明な光学窓５１９をもつ。光学窓１１９は、該光学窓５１９上での粒子の集塊化を防ぐために、好ましくは物質、特に有機物質で被覆される。
【００８５】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段は、収集手段と照射手段との間の種々の距離で光を収集するために、互いに対して相対的に可動であるよう適応されることができる。図４および図５に示されるように、収集手段と照射手段との間の異なる距離は、収集される光の、すなわち光信号の異なる侵入長に対応するので、互いに対して相対的に可動である照射手段および収集手段を有する装置によって、光は深さ解像されて収集されることができる。この深さ解像された収集された光は、好ましくは、上で説明したようにしてこの深さ解像された収集された光から異なる深さにおける組織の属性を決定するために検出器および決定手段によって使われる。
【００８６】
図８に基づく構成では、照射手段６１２は一つの照射器６２２を有し、収集手段６１５は一つの収集器６２３を有する。異なる波長をもつ光が測定光源から光ファイバーを介して照射器６２２に伝達される。照射器６２２は好ましくは、光を組織６１４に結合させるための微小プリズムを含む。組織６１４によって吸収されず、組織６１４を通じて光路６３４に沿って進んできた光は、収集器６２３によって収集される。収集器６２３は光を収集し、その光を光ファイバーに結合する。光ファイバーはその光を検出器に伝達する。この構成では、一つの照射器６１２および一つの収集器６２３だけが使われる。異なる波長は、組織の光学的属性に依存して異なる侵入長をもつ。したがって、検出器は光スペクトルを検出し、その光スペクトルを検出信号のスペクトルに変換する。その検出信号のスペクトルは決定手段に伝達される。波長と侵入深さとの間の関係は、たとえば較正により既知なので、決定手段は各波長に対して侵入深さを割り当てることができる。そして、各波長について検出信号が決定手段に伝達されているので、決定手段は、上で説明したようにして検出信号から、すなわち収集された光から、異なる深さにおける組織の属性を決定できる。
【００８７】
照射手段および収集手段としては、すなわち照射器および収集器としては、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、それぞれ、光ファイバーからの光を組織中に結合させることのできる、および組織によって吸収されなかった光を組織から光ファイバー中に結合させることのできる、いかなるコンポーネントを有することもできる。光ファイバーの代わりに、選択された波長について最適化された伝送特性をもつ平面上の導波路を使うこともできる。さらに、光ファイバーまたは平面状の導波路は帯域通過フィルタまたはカットオフ・フィルタを有することができる。あるいはまた、プリズム、レンズまたは鏡のようなさらなる光学要素を有することなく、照射手段は一つまたはいくつかの光ファイバーを有するのみであることができ、および／または収集手段も一つまたはいくつかの光ファイバーのみを有することができる。この場合、組織は照射手段の光ファイバーから直接発する光で照射され、組織によって吸収されなかった光は収集手段の光ファイバーによって直接収集される。さらに、試料を照射するために、および／または異なる偏光をもつ光信号を検出するために、たとえば偏光子のような偏光に敏感な光学コンポーネントを使うことができる。これは、組織の属性、特にアブレーションされた組織の状態についての追加的な情報を与えることができる。
【００８８】
組織の属性の深さ解像された測定のための装置を有する本発明に基づくアブレーション装置は、心臓アブレーションの間に生じる、温度誘起される組織変化を制御するために使うことができる。
【００８９】
たとえばヤンダ（Janda）らの「ファイバー案内レーザー・システムの接触適用によって誘起される熱的な組織効果の比較（Comparison  of  thermal  tissue  effects  induced  by  contact  application  of  fiber  guided  laser  systems）」、外科および医学におけるレーザー（Lasers  in  surgery  and  medicine）、第33巻、93-101、2003年、および、スプリンター（Splinter）らの「正常な、病気のおよびNd:YAG波長でレーザー光凝固した心筋の光学的属性（Optical  properties  of  normal,  diseased,  and  laser  photocoagulated  myocardium  at  the  Nd:YAG  wavelength）」、外科および医学におけるレーザー（Lasers  in  surgery  and  medicine）、第11巻、117-124、1991年から、レーザー誘導されたアブレーションの間に組織を加熱することが組織の変化につながることは知られている。そうした変化に含まれるものとしては、（ｉ）細胞構造の変化、（ｉｉ）たとえばヘモグロビン、ミオグロビン、細胞酵素および他のタンパク質（コラーゲン）といった組織構成要素の劣化ならびに（ｉｉｉ）水分損失（図９〜図１２、図１６〜図１８参照）がある。
【００９０】
細胞構造の変化は、典型的には変化、たとえば光散乱の増大につながり、構成要素の変性はそのスペクトルの変化につながる。よって、たとえばエヴァレット（Everett）らの「光干渉断層撮影の使用による生物組織の複屈折特徴付け（Birefringence  characterization  of  biological  tissue  by  use  of  optical  coherence  tomography）」、光学レターズ（Optics  Letters）、23/3:228-230、1998年、および、リン（Lin）らの「混濁媒質のレーザー加熱の際の組織工学のダイナミクス（Dynamics  of  tissue  optics  during  laser  heating  of  turbid  media）」、応用光学（Applied  Optics）、35/19:3413-3420、1996年、から知られているように、分光ツールが温度誘起された組織変化についての情報を提供できる。この情報は、レーザー誘導された心臓アブレーションの間に、プロセスを制御するためのフィードバック機構として使われることができる。それにより、プロセスがより効率的となり、高温によって誘起される組織炭化／破壊が防止されうる。ラマン分光法、近赤外および中赤外分光法を含む振動分光法は、生体条件中または生体外の試料の両者を含む種々のタイプの試料における分子組成およびその変化を調べるための高度に敏感で特異的なツールであると立証されている。よって、オブジェクトの属性の深さ解像された測定のための装置の検出器または決定ユニットは好ましくは、収集手段によって収集された光のスペクトルの変化を測定するための分光器を有する。
【００９１】
心臓アブレーションのために適用されている現行のツールは、組織の温度誘起された変化のそのような検査を許容しない。そのことは、アブレーション手順の信頼性の制限につながり、組織過剰加熱につながることもある。組織過剰加熱は、既知のアブレーション手順において、望ましくない組織の炭化または気化、穿孔または破壊といった結果につながりうる。これに対し、本発明に基づくアブレーション装置は、やはりアブレーション手順の間に、組織の深さ解像された属性を決定することを許容する。こうして、心臓アブレーションの間に生じる温度誘起された組織変化がアブレーション手順の間に決定されることができ、決定された温度誘起された組織変化に依存して、組織過剰加熱を防ぐために、アブレーション手順がたとえば制御ユニット９によって制御されることができる。したがって、温度誘起された組織変化は、心臓アブレーションの間にリアルタイムで制御されることができる。
【００９２】
上述したように、本発明に基づくレーザー・アブレーション装置を使うことによって、アブレーション手順の間の組織の深さ解像された制御が可能になる。というのも、心臓アブレーションの間に生じる温度誘起された変化の制御を許容するからである。たとえば、制御ユニットによる、必要なレーザー出力および／または治療の継続時間および／または温度のより緊密な調節が、本発明によって可能となる。これは、考えられる合併症および無用な組織損傷を防止しうる。さらに、これは治療成功率を上げることになる。これはまた、要求されるパラメータの精密制御があり、治療進行の直接フィードバックが本発明に基づく装置によって決定できるために、ユーザーが手順を繰り返す必要がないかもしれないので、治療の継続期間を短縮するのを助けることができる。
【００９３】
本発明に基づくアブレーション装置は、好ましくは、レーザー光源をアブレーション光源として使う。というのも、レーザー・ベースの治療は、アブレーションのためにレーザー光を使わない既知のアブレーション装置に比較して、増加した侵入深さ、人工的破壊部の大きさおよび形状に対するより大きな制御を提供するからである。
【００９４】
レーザー光は好ましくは、近赤外の波長をもつ。近赤外の波長は十分な組織侵入を提供し、比較的単純な装置設計を使って実行できるからである。人間の心臓３の血管内において、近赤外レーザー光を反射モードで、すなわち組織から反射されたおよび／または組織によって散乱された光が収集手段によって収集されるモードで使う、本発明に基づくそのような装置を使うことによって、表層の組織層および表面下のたとえば3ないし4mmほどの深さの層をスキャンできる。これはすなわち、たとえば、人間の心臓内において、心筋および心外膜がスキャンできるということである。
【００９５】
上述したUS5,197,470は、病気の組織部分のみの検出のために使われるべく意図された機器を開示している。これに対し、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、組織中でレーザー誘導された変化をモニタリングするために使われることができる。さらに、US5,197,470において開示された機器は、コレステロールおよびそのエステルのみの検出のために使われることが意図されている。これに対し、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、好ましくは、US5,197,470に開示されている機器によって使われる波長とは異なり、特に水、タンパク質およびヘム含有タンパク質を検出するために使われることのできる波長を使う。さらに、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置とは対照的に、US5,197,470に開示されている機器は、アテローム性動脈硬化の治療のみのために使われる。さらに、本発明とは対照的に、文書US5,197,470は深さ解像された測定や心臓アブレーション手順の際の深さ解像された測定の使用を開示してはいない。
【００９６】
図１および図２ならびに対応する明細書の記述では、アブレーション光源６、測定光源５、それぞれの光ファイバー１３、１８ならびに照射１２およびアブレーション手段１７を有するアブレーション装置が記載されているものの、本発明はこの構成に限定されるものではない。たとえば、アブレーション装置は、別個の測定光源５、個別の光ファイバー１３および照射手段１２を有さずにアブレーション光源６、光ファイバー１８およびアブレーション手段１７だけを有していてもよい。この場合、収集手段は、アブレーション手段から発されて組織から反射および／または散乱された光を収集するよう適応される。すなわち、アブレーション手段が照射手段の機能をもつのである。
【００９７】
収集手段によって収集され、検出器に光ファイバーを介して伝達される光信号は、アブレーション手順の間に組織の属性を決定するために使われることができる。すなわち、本発明に基づくアブレーション装置は、アブレーションの間の侵入のモニタリングを許容し、ユーザーが、所望される人工的破壊部の深さが達成されたかどうかを識別することを許容する。こうして、たとえば深さ解像されたスペクトル情報を使うことによる組織の属性の深さ解像された決定が、いつアブレーション手順を終結させるかを決定するために使われることができる。たとえば、前記決定ユニットが病気の組織が除去されたまたは損傷されたと判定した場合には、あるいは健全な組織が損傷されかかっている場合には、前記制御ユニットまたはユーザーがアブレーション手順を止めることができる。アブレーション手順のこの制御は、心筋組織の厚さ全体にまたがるアブレーション人工的破壊部の生成の際に特に重要である。この場合、心外膜のまわりのデリケートな構造の損傷および心臓近傍の他の組織に対する考えられる副作用を防ぐ必要がある。
【００９８】
レーザー支援されたアブレーションとは別に、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、超音波、マイクロ波、無線周波（RF）および凍結アブレーションといった他の諸方法によって誘導される組織変化をモニタリングするために適用されることができる。
【００９９】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置はまた、潰瘍（たとえば大腸炎）といった病気によって引き起こされる病変および以前の外科手順からの傷跡の測定にも適用されることができる。
【０１００】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置はまた、組織灌流の変化に基づいて心血管形成および血管再生をモニタリングするためにも適用されることができる。
【０１０１】
上記の組織の属性の深さ解像された測定のための装置のそれぞれは、本発明に基づくアブレーション装置と一緒に使うことができる。
【０１０２】
本発明は、光スペクトルの検出に限定されるものではない。オブジェクトの属性を決定するために、たとえば単一波長の光が検出されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に基づくレーザー・アブレーション装置の概略図である。
【図２】レーザー・アブレーション装置の心臓アブレーション・カテーテルの端部の概略図である。
【図３】本発明に基づく心臓アブレーション・カテーテル中に挿入された、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の概略図である。
【図４】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段の構成の概略図である。
【図５】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のもう一つの構成の概略図である。
【図６】図５の照射手段および収集手段の構成の別の概略図である。
【図７】カテーテル中に挿入された、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のあるさらなる構成の概略図である。
【図８】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のあるさらなる構成の概略図である。
【図９】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１０】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルを示す図である。
【図１１】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の他の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１２】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルのさらなる差分スペクトルを示す図である。
【図１３】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図１４】オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【図１５】脂肪を含む心臓組織の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１６】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のさらなる拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１７】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のさらなる拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１８】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のＶＩＳ／ＮＩＲ反射スペクトルを示す図である。
【図１】
2009538672.tif 000003
【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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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年12月2日(2008.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織属性の深さ解像された測定のための装置であって：
ａ）前記組織に光を照射するよう適応された照射手段と；
ｂ）前記組織によって吸収されなかった光を収集する収集手段と：
ｃ）収集された光から種々の深さにおける前記組織の属性を決定する決定手段と；
ｄ）中空オブジェクト中に進入させるための、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部が収容されている筐体とを有しており、
前記照射手段および前記収集手段が、光を深さ解像されて収集するよう適応されており、前記決定手段は深さ解像されて収集された光から前記組織の深さ解像された属性を決定するよう適応されており、
前記照射手段および前記収集手段は、前記組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで前記組織に侵入したものであり、
前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されており、
前記照射手段は異なる複数の照射器を有し、前記収集手段は収集器を有し、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器の前記所定の距離は異なっており、
前記複数の照射器は、異なる照射器が異なる波長を同時に発するよう適応されている、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記照射手段および前記収集手段は、前記組織の表面で直接反射された光の光信号を収集するよう適応されている、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、
前記決定手段は前記異なる波長のそれぞれに対して侵入深さを割り当て、ある波長の光から、その波長に割り当てられた侵入深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されている、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置であって、
種々の侵入長をもつ光信号を収集するために、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動であるよう適応されている、装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段および／または前記収集手段は、微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有する、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって、前記光は、
ａ）近赤外光および／または
ｂ）可視光および／または
ｃ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／または
ｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nmおよび／または1439nm、1932nm周辺の帯域内の波長および／または
ｅ）1600nmから1900nmの間の波長
を含む、装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置であって、
前記照射手段および／または前記収集手段が、一つまたは複数の偏極させるコンポーネントまたは偏極に敏感なコンポーネントを有する、装置。
【請求項８】
前記筐体がカテーテルである、請求項１記載の装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置であって、
前記筐体は、少なくとも所定の波長範囲について、あるいは少なくとも組織を照射するのに用いられる光の所定の波長について透明である光学窓を有する、装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置であって、
前記光学窓は該光学窓上での粒子の集塊化を防止するのに適合した物質で被覆されている、装置。
【請求項１１】
請求項１記載の、組織属性の深さ解像された測定のための装置を有する、組織をアブレーションするためのアブレーション装置。
【請求項１２】
組織属性の深さ解像された測定のための方法であって：
ａ）組織の属性の深さ解像された測定のための装置をなす照射手段および収集手段を中空オブジェクト中に進入させ、
ｂ）異なる複数の照射器を有する前記照射手段によって光で前記組織を照射し、
ｃ）前記組織によって吸収されなかった光を、収集器を有する前記収集手段によって収集し、
ここで、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器からの前記所定の距離は異なっており、
ｄ）収集された光から、種々の深さにおける前記組織の属性を決定手段によって決定する、ステップを有し、
前記光は深さ解像されて収集され、深さ解像されて収集された前記光から前記組織の深さ解像された属性が決定され、
前記照射手段および前記収集手段は、前記組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで前記組織に侵入したものであり、
前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されており、
異なる複数の照射器が異なる波長を同時に発する、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組織属性の奥行き解像された（depth-resolved）測定のための装置および方法に関する。本発明はさらに、組織属性の奥行き解像された測定のための前記装置を有する、組織をアブレーションするためのアブレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織属性の奥行き解像された測定は、心臓アブレーションの分野で特に重要である。ここでは、組織は人間の組織である、すなわち人間の組織の属性を決定する必要がある。心臓アブレーションは、薬で制御できない、あるいはそうした薬に耐えられない患者における、異常に速い心拍を治療するために使われる。この療法の際、心臓アブレーション・カテーテルが血管を介して心臓に挿入される。カテーテルは蛍光透視法および／または他の撮像モダリティによって生成される画像によってナビゲートされる。一般に、無線周波（RF）エネルギーまたは強冷（凍結アブレーション（cryoablation））が組織の小さな体積を熱的に傷つけるのに使われる。傷つけられた組織は、電気絶縁体としてはたらき、心臓を過剰刺激する異常信号を遮断する。
【０００３】
組織を加熱し、損傷を誘起するためにはレーザーを使うこともできる。選択された波長を使うレーザー・ベースの治療は、無線周波エネルギーまたは強冷を使う心臓アブレーション・システムに比べて、より深くまでの侵入ならびに人工的破壊部（lesion）の大きさおよび形状に対するより大きな制御を提供する。さらに、レーザー・ベースのシステムは、磁気共鳴撮像（MRI）システムとも両立できる。
【０００４】
組織の測定された深さ解像された属性は、アブレーション手順、たとえば必要なレーザー出力および／または治療の継続時間を制御するために使うことができる。
【０００５】
組織属性の深さ解像された決定は、病気の組織を健全な組織から区別するためにも重要である。
【０００６】
US5,197,470は、近赤外放射を組織に照射し、組織によって吸収されなかった光の吸収スペクトルから組織が病んでいるか否かを判定する機器を開示している。だが、病気の組織が健全な組織によって覆われている場合には、この機器は病気の組織が位置している深さを判別できず、アブレーション治療はきわめて困難になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、組織属性の深さ解像された測定のための装置であって、種々の深さにある組織の属性を決定でき、特に、病気の組織が健全な組織によって覆われていたとしても病気の組織の深さ位置を決定でき、特に中空のオブジェクトの内部組織の属性を決定できるものを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、組織属性の深さ解像された測定のための装置であって：
ａ）前記組織に光を照射するよう適応された照射手段と；
ｂ）前記組織によって吸収されなかった光を収集する収集手段と：
ｃ）収集された光から種々の深さにある組織の属性を決定する決定手段と；
ｄ）中空オブジェクト中に進入させるための、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部が収容されている筐体とを有しており、
前記照射手段および前記収集手段が、光を深さ解像されて収集するよう適応されており、前記決定手段は深さ解像されて収集された光から前記組織の深さ解像された属性を決定するよう適応されており、
前記照射手段および前記収集手段は、前記組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで前記組織に侵入したものであり、
前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されており、
前記照射手段は異なる複数の照射器を有し、前記収集手段は収集器を有し、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器の前記所定の距離は異なっており、
前記複数の照射器は、異なる照射器が異なる波長を同時に発するよう適応されているいる、装置によって達成される。
【０００９】
前記筐体は柔軟であっても剛性であってもよく、たとえばカテーテルまたは内視鏡である。
【００１０】
前記組織はたとえば中空オブジェクトの内部組織である。
【００１１】
光が深さ解像されて収集される、すなわち光信号が組織中での侵入深さに依存して分離できるように収集されるので、各光信号に対して侵入深さが割り当てられることができ、前記決定手段は、種々の侵入深さが割り当てられた光信号を使うことによって、種々の深さにおける前記オブジェクトすなわち前記組織の属性を決定できる。前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部は、中空オブジェクト内に進入させるための筐体内に位置されているので、前記照射手段および前記収集手段の少なくとも一部は、たとえば治療する必要のある組織の位置まで中空オブジェクト中に進入させることができ、その組織が前記照射手段によって照射されることができ、その組織によって吸収されなかった光が深さ解像されて収集されることができる。
【００１２】
収集された光信号は異なる侵入深さまで組織に侵入したものなので、前記決定ユニットは前記光信号から、種々の深さにおける組織の属性を決定できる。
【００１３】
前記照射手段および前記収集手段は、組織表面における属性をも決定するよう、オブジェクト表面で直接反射された光の光信号を収集するよう適応されることができる。
【００１４】
収集された光から深さ解像された属性を決定するために、組織属性の深さ解像された測定のための前記装置は、前記光信号を電子的な検出信号に変換する検出器を有することができる。前記検出信号は前記決定ユニットに伝達されることができる。前記決定ユニットは好ましくは決定コンピュータであり、検出された信号から、すなわち収集された光から、種々の深さにおける組織属性を決定する。
【００１５】
前記照射手段および前記収集手段は、入射位置において組織にはいり、出射位置において組織を出た光信号を収集するよう適応され、収集された光信号の少なくとも一部については入射位置と出射位置との間の距離が異なる。侵入深さは、入射位置と出射位置が互いからより大きな距離をもつ光信号についてのほうが、入射位置と出射位置がより小さな距離をもつ光信号についてよりも深いので、そして入射位置と出射位置の間の距離と侵入深さとの間の関係は既知であるか較正によって決定できるので、入射位置と出射位置の各距離に対して、すなわち各光信号に対して、侵入深さが割り当てられることができ、前記決定ユニットは光信号および割り当てられた侵入深さから種々の深さにおける組織の属性を決定できる。
【００１６】
特に、前記照射手段は照射器を有することができ、前記収集手段は収集器を有することができ、各収集器は前記照射器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの収集器からの前記所定の距離は異なっており、すなわち、前記照射器は前記入射位置に位置され、前記収集器は異なる出射位置に位置され、前記入射位置とある収集器が位置される出射位置との間の距離は前記入射位置と別の収集器が位置される少なくとも一つの他の出射位置との間の距離とは異なっている。この構成を使うことにより、前記組織は前記照明器からの光によって照射され、光が組織内で部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集器によって収集され、前記照射器まである距離をもつ一つの収集器によって収集された光は、前記照射器まで前記ある距離とは異なる距離をもつ別の収集器によって収集された光とは、別の侵入深さをもつ。こうして、ある収集器によって収集された光はある侵入深さに対応し、光を深さ解像されて収集することが許容される。深さ解像された測定された光は、深さ解像されて前記組織の属性を決定するために使われる。
【００１７】
前記照射手段は複数の照射器を有し、前記収集手段は収集器を有し、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器からの前記所定の距離は異なっている。組織は異なる照射器からの光によって照射され、これらの照射器の少なくとも一部は組織を異なる位置において、すなわち異なる入射位置において照射する。上述したように、光は組織内で部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集器によって収集される。前記収集器まである距離をもつ一つの照射器から発された光は、前記収集器まで前記ある距離とは異なる距離をもつ別の照射器から発された光とは、別の侵入深さをもつ。こうして、ある照射器から発されて前記収集器によって収集された光はある侵入深さに対応し、光を深さ解像されて収集することが許容される。また、この深さ解像された測定された光は、深さ解像されて前記組織の属性を決定するために使われることができる。
【００１８】
本発明のある実施形態では、前記決定手段は前記種々の波長のそれぞれに対して侵入深さを割り当て、ある波長の光から、その波長に割り当てられた侵入深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されている。異なる波長の光が異なる侵入深さを有するので、そして前記光は前記異なる波長が互いから分離できるように収集されるので、前記光は深さ解像されて収集される。さらに、前記決定手段は異なる波長に異なる侵入深さを割り当てるので、前記決定手段は前記組織の種々の深さにおける属性を効率的に決定できる。
【００１９】
本発明のもう一つの実施形態によれば、異なる侵入深さをもつ光信号を収集するために、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動であるよう適応されている。すなわち、前記入射位置と前記出射位置との間の距離が修正できる。たとえば前記照射手段が当該装置に対して固定されていて、前記収集手段が前記照射手段に対し可動であれば、前記照射手段および前記収集手段は互いに対して相対的に可動である。その際、前記照射手段はオブジェクトに光を照射し、吸収されなかった光が前記収集手段によって種々の収集器位置において、すなわち異なる出射位置において収集されることができる。前記照射手段と前記収集手段との間の距離は侵入深さに関係する。よって、異なる収集器位置において光を収集することによって、光は効果的な仕方で深さ解像されて収集される。
【００２０】
好ましくは、
ａ）前記照射手段はいくつかの照射器を有し、前記収集手段は少なくとも一つの収集器を有し、前記照射器の少なくとも二つは少なくとも一つの収集器に対して同じ距離のところに位置されている、あるいは
ｂ）前記照射手段は少なくとも一つの照射器を有し、前記収集手段はいくつかの収集器を有し、前記収集器の少なくとも二つは少なくとも一つの収集器に対して同じ距離のところに位置している。
【００２１】
たとえば、前記照射手段は複数の照射ファイバーを有することができ、前記収集手段は一つの収集器ファイバーまたは一つの収集器ファイバー束を有することができ、前記複数の照射ファイバーは前記収集器ファイバーまたは前記収集器ファイバー束のまわりで、環を形成するすなわち等距離に位置されるか、渦巻きを形成するすなわち異なる距離のところに位置される。前記照射ファイバーは前記収集器ファイバーまたは前記収集器ファイバー束に対して可動であることができる。すなわち、前記環の半径は時間とともに変わることができる。あるいはまた、前記収集器手段は複数の収集器ファイバーを有することができ、前記照射手段は一つの照射ファイバーまたは一つの照射ファイバー束を有することができ、前記複数の収集器ファイバーは前記照射器ファイバーまたは前記照射器ファイバー束のまわりで環を形成する。前記収集器ファイバーは前記照射ファイバーまたは前記照射ファイバー束に対して可動であることができる。すなわち、前記環の半径は時間とともに変わることができる。あるさらなる実施形態では、異なる侵入長までオブジェクトに侵入した光を収集するために、前記照射手段は可変直径の円形開口および収集手段を有することができ、前記収集手段は可変直径の円形開口および照射手段を有することができる。
【００２２】
前記検出手段に対して同じ距離のところに位置される複数の照射源、たとえば複数のファイバー、すなわち環が使われる場合、組織中に発射される光の量はより大きくなる。これは、検出される信号の量を増す。同じことは複数の収集手段についても成り立つ。
【００２３】
前記照射または検出手段が可変直径の環または前記検出または照射ファイバーに対して渦巻き形に配置されたファイバーのセットであることが好ましい。また、この配置を使うことにより、検出される光の量がより大きくなる。
【００２４】
前記照射手段および／または前記収集手段は好ましくは、本発明に基づく装置の照射手段および収集手段の大きさを最小限にして前記照射手段および前記収集手段を前記筐体中に導入するために、微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有する。
【００２５】
さらに、検出された信号が、回折格子またはプリズムのような分散要素を使ってスペクトルに分光分解されることが好ましい。これは、ある波長または波長範囲に対応する組織の属性を、効率的な仕方で決定することを許容する。
【００２６】
前記照射手段は、光を組織中に結合するための光子カプラを有することができる。これは、光の組織中への簡単な結合を許容する。
【００２７】
組織属性の深さ解像された測定のための当該装置が一つまたは複数の（線形アレイまたは２Ｄアレイの）ＳｉまたはＩｎＧａＡｓ検出器を有することが好ましい。これらの検出器の使用は良好な品質の検出信号を与え、組織属性の測定の品質を改善する。
【００２８】
前記装置は
ａ）近赤外光および／または
ｂ）可視光および／または
ｃ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／または
ｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nm、1439nmおよび／または1932nm周辺の帯域内の波長および／または
ｅ）1600nmから1900nmの間の波長
を使うよう適応されていることが好ましい。
【００２９】
これらの波長をもつ光は、好ましい組織である人間の組織に、波長に依存して数ミリメートルの深さまで侵入する。さらに、これらの波長が好ましいのは、これらの波長をもつスペクトルが人間の組織の変化に敏感だからである。よって、これらの波長を使うことによって、特に人間の組織、たとえば心臓組織の変化が信頼できる仕方で検出および決定できる。
【００３０】
さらに、前記照射手段および／または前記収集手段が、組織によって誘起される光の偏極の変化を検出するために、一つまたは複数の偏極コンポーネント、たとえば偏光子を有することが好ましい。こうして、組織の属性がこうした偏光の変化を検出することによって決定できる。
【００３１】
さらに、前記筐体がカテーテルであることが好ましい。
【００３２】
人体中、たとえば血管中に挿入された場合、このカテーテルを用いて、人体内部の組織の属性が深さ解像されて決定できる。これは組織の治療との関連で特に有用である。治療によって引き起こされる変化が観察でき、あるいは組織のどの部分が治療される必要があるか、どのように治療が進行するかを判別できるのである。
【００３３】
さらに、前記照射手段および前記収集手段が、カテーテルの挿入を簡単にするよう、前記照射手段および前記収集手段を、よってカテーテルを小型化するために、カテーテル内部に位置される微小プリズムおよび／または微小レンズおよび／または微小鏡および／または光ファイバーおよび／または導波路を有することが好ましい。
【００３４】
特にカテーテルである前記筐体は、少なくとも所定の波長範囲について、あるいは少なくとも組織を照射するのに用いられる所定の波長の光について透明である光学窓を有することができる。この光学窓は前記収集手段および照射手段を血球のような粒子について保護する。特に、この光学窓は、該光学窓上での粒子の集塊化を防止するのに適合した物質で被覆される。特に、この物質は有機物質である。
【００３５】
レーザー・アブレーション装置であって、異なる深さの組織の属性を決定でき、特に健全な組織によって覆われた病気の組織の深さ位置を決定でき、治療の進行を判別できるものを提供することが本発明のさらなる目的である。
【００３６】
この目的は、請求項１３記載のレーザー・アブレーション装置によって達成される。このレーザー・アブレーション装置を使うことによって、組織の属性は、アブレーション手順の前、間または後に、深さ解像されて決定できる。属性が深さ解像されて決定できるので、病気の組織が健全な組織に覆われていたとしても、治療の進行および病気の組織の深さ位置が決定できる。これは、治療の進行および病気の組織の深さ位置に適合したアブレーション手順を実行することを許容する。たとえば、レーザー出力および／またはアブレーション継続時間が、治療の進行および／または病気の組織の深さ位置に適合されることができる。
【００３７】
異なる深さにおける組織属性を決定するために使用できる方法を提供することが本発明のさらなる目的である。この目的は、組織属性の深さ解像された測定のための方法であって：
ａ）組織の属性の深さ解像された測定のための装置をなす照射手段および収集手段を中空オブジェクト中に進入させ、
ｂ）異なる複数の照射器を有する前記照射手段によって光で前記組織を照射し、
ｃ）前記組織によって吸収されなかった光を、収集器を有する前記収集手段によって収集し、ここで、各照射器は前記収集器が位置されている位置から所定の距離のところに位置され、少なくとも二つの照射器からの前記所定の距離は異なっており、
ｄ）収集された光から、種々の深さにおける組織の属性を決定手段によって決定するステップを有し、
前記光は深さ解像されて収集され、深さ解像されて収集された前記光から前記組織の深さ解像された属性が決定され、
前記照射手段および前記収集手段は、前記組織によって吸収されなかった光の光信号を収集するよう適応されており、前記光信号の少なくとも一部は種々の侵入深さまで前記組織に侵入したものであり、
前記決定手段は前記光信号から種々の深さにおける前記組織の属性を決定するよう適応されており、
異なる複数の照射器が異なる波長を同時に発する、方法によって達成される。
【００３８】
上述したように、前記光は深さ解像されて収集される、すなわち光信号は組織中での侵入深さに依存して分離できるように収集されるので、各光信号に侵入深さが割り当てられることができ、前記決定手段が異なる深さにおける前記組織の属性を、異なる侵入深さが割り当てられた光信号を使うことによって、決定できる。
【００３９】
組織の属性の深さ解像された測定は多変量解析を使って決定されることが好ましい。多変量解析の使用は、特に組織スペクトルを解析する必要がある場合、組織の属性を効率的な仕方で決定することを許容する。
【００４０】
本発明について以下で図面を参照しつつ述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、レーザー・アブレーション装置１の概略図である。レーザー装置１は、人間の心臓３の血管中に導入された心臓アブレーション・カテーテル２を有している。本心臓アブレーション・カテーテルは動作デバイス（operation  device）４に接続されている。動作デバイス４は測定光源５、アブレーション光源６および検出器７を含んでいる。人間の組織に向けられ、該組織によって吸収されずにたとえば反射および／または散乱された測定光源５からの光を検出するためである。
【００４２】
レーザー・アブレーション装置１はさらに、検出器７によって検出された光から異なる深さにおける組織の属性を決定するための決定手段８、たとえばコンピュータを有する。レーザー・アブレーション装置１は制御ユニット９、すなわち制御コンピュータによって制御される。制御コンピュータは前記動作デバイス４および前記決定手段８を制御する。
【００４３】
人間の心臓３の血管１１中に導入されている前記心臓アブレーション・カテーテル２の端部１０が図２の概略図においてより詳細に示されている。照射手段１２が心臓アブレーション・カテーテル２内に位置されている。照射手段は測定光源５に光ファイバー１３を介して接続されている。照射手段１２は好ましくは、測定光源５から照射手段１２に光ファイバー１３を介して伝送された光を、検査する必要のある組織のほうに、すなわち血管１１の内壁のほうに向けるために微小プリズム（図２には示さず）を有する。照射手段１２から発する光は組織１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射される。吸収されなかった光は収集手段１５によって収集される。収集手段１５は好ましくは前記光を収集し、光ファイバー１６に結合させるために微小鏡および微小レンズを有する。光ファイバー１６は収集された光を動作デバイス４内の検出器７に送信する。検出器７は収集された光に依存して検出信号を生成し、検出信号は決定手段８に伝達される。決定手段８は検出信号から組織１４の属性を決定する。すなわち、決定手段８は組織１４の属性を、収集された光から、すなわち光信号から決定する。
【００４４】
さらに、組織１４のアブレーションのための光を発するアブレーション手段１７が前記心臓アブレーション・カテーテル２中に挿入される。アブレーション手段１７は、光ファイバー１８を介してアブレーション光源６に接続されている。
【００４５】
このレーザー・アブレーション装置１を使うことによって、アブレーション手順の間に組織１４の属性が検査されることができ、組織１４の決定された属性に依存してアブレーション手順が制御ユニット９によって制御されることができる。
【００４６】
たとえば、制御ユニット９はレーザー・アブレーション装置１を制御して、前記決定手段８またはあるプロセッサが連続的または定期的に検出信号、たとえば組織スペクトルを検出器７からフィードバック・ループにおいて受け取るようにできる。前記決定手段８または前記プロセッサは検出信号、たとえば組織スペクトルの時間的な変化をある種のアブレーション条件（すなわち、出力設定、変調など）のもとで検出する。制御ユニット９はレーザー・アブレーション装置１を制御して、これらの条件が、前記決定手段８または前記プロセッサによって決定されたアブレーションされる組織の状態に従って変えられるようにできる。制御ユニット９による制御は好ましくは自動制御であるが、レーザー・アブレーション装置１は、検出された変化を示す手段および示された変化に従って手動でアブレーション条件を変更する手段を有することもできる。
【００４７】
一例は、表面の過剰加熱（焦げを引き起こす）の防止である。照射手段は表面／表層組織を探査するためにＶＩＳ（可視（visible））および／またはＮＩＲ（近赤外（near-infrared））光源を有することができる。組織の光学的特性における有害な変化を示すスペクトルは、出力および／または変調設定の調整をトリガーできる。たとえば、さらなる害を防ぐために出力が低下させられることができる。
【００４８】
もう一つの例は、健全な組織層、たとえば心外膜への損傷の防止である。この場合、種々の深さで探査して組織スペクトルにおいて観察される変化が、組織にエネルギーを加えるのをやめる時を決定するために使われる。
【００４９】
心臓アブレーション・カテーテル２は、測定光源５およびアブレーション光源６の波長について透明な光学窓１９（図２の点線）を有する。光学窓１９は好ましくは、該光学窓１９上での粒子、たとえば血球の集塊化を防止するために有機物質で被覆される。
【００５０】
レーザー・アブレーション装置１の一部は、組織の属性の深さ解像された測定のための装置２０であり、これはレーザー・アブレーション装置１とは別個に使用でき、図３に独立した装置として概略的に示されている。
【００５１】
組織の属性の深さ解像された測定のための装置２０は、測定光源１０５を有する。測定光源１０５は、測定光源１０５によって生成された光を照射手段１１２に光ファイバー１１３を介して伝送するために、光ファイバー１１３を介して照射手段１１２に接続されている。照射手段１１２は、照射手段１１２から発する光が組織１１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射されるよう構成される。吸収されなかった光は収集手段１１５によって収集される。収集手段１１５は検出器１０７に光ファイバー１１６を介して接続されている。収集手段１１５によって収集された光は検出器１０７に光ファイバー１１６を介して伝達され、検出器１０７が収集された光を検出信号に変換する。検出信号は決定手段１０８に伝達され、決定手段１０８は検出信号から種々の深さにおける組織の属性を決定する。すなわち、種々の深さにおける組織の属性が収集された光から決定されるのである。
【００５２】
検査プロセスは制御ユニット１０９、たとえば制御コンピュータによって制御される。制御ユニット１０９は測定光源１０５、検出器１０７および決定手段１０８に接続されている。
【００５３】
照射手段１１２および収集手段１１５は、中空オブジェクト中を進むための筐体１２１、たとえばカテーテルの中に位置されている。筐体は光学窓１１９（図３の点線）を有する。光学窓１１９は好ましくは、該光学窓１１９上での粒子の集塊化を防止するために有機物質で被覆される。前記被覆および光学窓１１９は測定光源１０５の光について透明である。
【００５４】
図３では、筐体１２１は中空オブジェクト、たとえば人間の心臓内に位置されている。ここで、中空オブジェクトの一つの内壁のみが示されている。
【００５５】
以下では、本発明に基づく組織属性の深さ解像された測定を説明するために、照射手段および収集手段の構成についてより詳細に述べる。
【００５６】
図４において、一つの照射器２２２を有する照射手段２１２およびいくつかの収集器２２３、２２４、２２５を有する収集手段２１５が概略的に示されている。収集器２２３、２２４、２２５は好ましくは互いに等距離に、あるいは対数スケール上での諸距離に位置される。照射器２２２はたとえば、測定光源からの光を検査する必要のある組織２１４のほうに向けるよう構成された微小プリズムである。微小プリズムはたとえば、光ファイバー通信応用、特に光スイッチの分野において知られている。光は組織２１４に侵入し、部分的に吸収、散乱および／または反射される。組織２１４によって吸収されなかった光は収集器２２３、２２４、２２５によって収集される。照射器２２２までの最小距離をもつ収集器２２５によって収集される光は、他の収集器２２３、２２４によって収集される光の侵入深さd2、d3より短い侵入深さd1をもつ。図４で見て取れるように、侵入深さd1、d2、d3は収集器２２３、２２４、２２５の照射器２２２までの距離が増すとともに増す。各収集器２２３、２２４、２２５は好ましくは、光を収集するための微小レンズ、微小鏡または微小プリズムおよび収集された光を検出器に伝達するための光ファイバーを有する。検出器は収集された光を検出信号に変換する。すなわち、光信号は検出信号に変換される。そして検出信号は決定手段に伝達される。各検出信号について対応する光信号を収集した収集器２２３、２２４、２２５の照射器２２２までの距離は既知なので、そしてこれらの距離と侵入深さとの間の関係もたとえば較正手順によって既知なので、種々の深さにおける組織２１４の属性が、検出信号から決定できる。
【００５７】
ファイバーからファイバーへの距離を侵入深さに対して構成する好ましい諸方法は、有限要素またはモンテカルロ・シミュレーションといった数値的なもの、あるいは拡散近似（diffusion  approximation）の使用による解析的なもののいずれでもよい。好ましくは、オブジェクトの種々の層、たとえば種々の心臓組織層の光学的属性が種々の条件のもとで、たとえば積分球をもつ吸収分光計を使って、測定される。これらのデータは好ましくは逆加算倍加法（inverse  adding-doubling  method）を使って処理され、吸収および散乱係数が与えられる。
【００５８】
次いで、たとえば組織内の光子伝搬のモンテカルロ・ベースのシミュレーションを使って、異なるファイバー間距離に対応する平均侵入深さのデータベースが構築できる。あるいはまた、他の数値的諸方法または拡散近似に基づく解析的諸方法をこの目的のために使うこともできる。
【００５９】
較正後、実際の測定が実施される。ここで、好ましくは、光学的スペクトルが異なるファイバー間分離において取得される。ファイバー間距離と侵入深さとの間の関係を知っているので、取得されたスペクトルは、組織内の特定の深さに関係させることができる。その後の測定においては、スペクトルの観測可能な変化が組織への変化を示す。スペクトルの変化が非常に小さい場合、多変量解析（H・マルテンス（Martens）、T・ナエス（Naes）著「多変量較正（Multivariate  Calibration）」、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（John  Wiley  &  Sons）、第１版、1992年7月28日、を参照）を使うことができる。
【００６０】
測定光源の光は好ましくは、単一波長または広帯域の近赤外スペクトルをもつ近赤外光である。検出器は好ましくは、種々の収集器によって収集される光が同時にまたは時間的に逐次に検出できるよう適応されている。
【００６１】
さらに、測定光源および／またはアブレーション光源の光は、ａ）ＶＩＳ／ＮＩＲスペクトル、特に350‐2000nmの範囲および／またはｂ）ヘム含有タンパク質、水およびタンパク質の吸収帯に対応する波長および／またはｄ）414nm、434nm、542nm、556nm、576nm、758nm、914nm、1200nm、1439nm、1932nmの波長および／またはｄ）約1600nmから1900nmの間、特に1600nmから1900nmの間の波長をもつことが好ましい。
【００６２】
以下では、検出器７によって検出でき、特殊な波長または波長範囲で変化を示し、そこから組織の属性および組織の属性の変化が決定できるいくつかのスペクトルが示される。
【００６３】
図９は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（点線）およびアブレーションされた心臓組織（実線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。したがって、これらのスペクトルから、オブジェクトにおける、すなわちこの実施例では組織における含水率および含水率の変化が決定できる。これらのスペクトルが深さ解像されて検出できるので、特に、吸収および含水率が種々の深さにおいて決定できる。
【００６４】
図９〜図１２および図１５に示されるＮＩＲスペクトルは、拡張されたＩｎＧａＡｓ光検出器を使って取得された。
【００６５】
図１０は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルΔR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。アブレーションされた組織の反射の増加（正常な組織およびアブレーションされた組織の反射の間の差分スペクトルの負の値）は、これらのスペクトル帯域での水吸収の減少を示し、よってアブレーションされた組織における含水率の減少を示す。
【００６６】
図１１は、照射手段と収集手段との間の約1000マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。水のスペクトル帯域のまわり、すなわち1200nmおよび1439nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。この相違は図１２において別個に示される。
【００６７】
図１２は、照射手段と収集手段との間の約1000マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルを示す。水のスペクトル帯域のまわりでの強度の明確な相違が見える。これは、正常な組織とアブレーションされた組織との間での含水率の変化を示す。
【００６８】
図９および図１０に示されたスペクトルは、図１１および図１２に示されたスペクトルとは、照射手段と収集手段の間の異なる距離を用いて測定されているので、これらのスペクトルから、当該オブジェクト、この実施例では組織の属性が異なる深さにおいて決定できる。この実施形態では、特に、異なる深さにおける吸収および含水率が決定できる。
【００６９】
図１５は、照射手段と収集手段との間の100マイクロメートルの分離でＮＩＲ光を用いて測定された、脂肪を含む心臓組織の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。
【００７０】
図１６ないし図１８において示されたスペクトルから、ヘム含有タンパク質および水（water）の内容（content）および変化が決定できる。
【００７１】
図１６は、照射手段と収集手段との間の約100マイクロメートルの分離でＶＩＳ／ＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。ヘム含有タンパク質のスペクトル帯域のまわり、すなわち542nm、556nm、576nmおよび758nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。
【００７２】
図１７は、照射手段と収集手段との間の約500マイクロメートルの分離でＶＩＳ／ＮＩＲ光を用いて測定された、正常な心臓組織（実線）およびアブレーションされた心臓組織（点線）の拡散反射スペクトルR(λ)を示す。ヘム含有タンパク質のスペクトル帯域のまわり、すなわち542nm、556nm、576nmおよび758nmのまわりでの強度の明確な相違が見える。
【００７３】
図１８は、積分球をもつ吸収分光計を使って測定された、正常な（実線）およびアブレーションされた（点線）バルクの（すなわち深さ解像されていない）心臓組織のＶＩＳ／ＮＩＳ反射スペクトルを示す。ヘム含有タンパク質の吸収および水の帯域のまわりでスペクトル間の相違が観察できる。
【００７４】
検出されたスペクトル間の関係およびさらなるオブジェクト属性を決定するために、オブジェクトの諸要素の既知のスペクトルを使うことができる。これらのスペクトルは好ましくは、実際の測定前にこれらの関係を決定し、これらの決定を前記決定ユニット中に記憶し、前記決定ユニットが、照射手段と収集手段との間の種々の距離をもって測定されたスペクトルから種々の深さにおけるオブジェクトの属性を自動的に決定できるようにするために使われる。人間の組織の諸要素のそのような既知のスペクトルが図１３および図１４に示されている。
【００７５】
図１３は、D・J・ジーゲルシュタイン（Segelstein）「水の複素反射率（The  complex  reflective  index  of  water）」、ミズーリ大学カンザスシティ校（University  of  Missouri-Kansas  City）、1981年、による水の吸収スペクトルα(λ)を示している。
【００７６】
図１４は、W・B・グレーザー（Grather）、Med.  Res.  Council  Labs、ホリー・ヒル（Holly  Hill）、ロンドン（London）およびN・コリアス（Kollias）、ウェルマン・ラボラトリーズ（Wellman  Laboratories）、ハーヴァード・メディカル・スクール（Harvard  Medical  School）、ボストン（Boston）による150g/lの濃度でのオキシヘモグロビン（点線）およびデオキシヘモグロビン（実線）の吸収スペクトルα(λ)を示している。Hb吸収の周辺、たとえば542nm、556nm、576nmおよび758nmにおけるスペクトル帯の変化が組織アブレーションに際して期待される。アブレーションされた心臓組織においては、ミオグロビンまたはシトクロムといった他のヘム含有タンパク質におけるこれらのスペクトル帯域の周辺における変化が起こることも期待される。
【００７７】
好ましくは、オブジェクト、すなわち組織の属性の実際の決定の前に、組織の属性の深さ解像された測定のための当該装置は、収集された光、すなわち検出された信号、特に検出されたスペクトルと組織の属性、たとえば組織中のある要素の含有率との間の関係を決定するために、組織中に存在していることのできる既知の要素の測定されたまたは既知のスペクトルを使うことによって、較正される。
【００７８】
図４、図５および図８では、照射手段および収集手段は、組織への距離が０または小さいとして示されている。しかしながら、本発明はそのような場合に限定されるものではない。組織の属性の深さ解像された測定のための当該装置は、照射手段および／または収集手段の組織までの距離がより大きくても使用できる。
【００７９】
図５は、本発明に基づく照射手段３１２および収集手段３１５のもう一つの構成を概略的に示している。照射手段３１２はいくつかの照射器３２２、３２６、３２７を有する。これらの照射器は収集手段３１５までの異なる距離をもつ。収集手段３１５は一つの収集器３２３をもつ。照射器３２２、３２６、２２７は測定光源に光ファイバーを介して接続されている。照射器３２２、３２６、３２７は、照射器３２２、３２６、３２７から発する光が、光を部分的に吸収、散乱および／または反射する組織３１４に侵入するよう配置されている。吸収されなかった光は収集器３２３によって収集される。収集器３２３は光ファイバーを介して検出器に接続されている。検出器は収集された光を検出信号に変換する。すなわち、検出器は光信号を検出信号に変換する。これらの検出信号が決定手段に伝達される。
【００８０】
図４の構成と同様に、図５でも、侵入深さd1、d2、d3は照射器３２２、３２６、３２７の収集器３２３までの距離が増すとともに増す。本発明に基づき、この構成を使う、組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発する光を区別するよう適応される。測定光源の光が広帯域の近赤外スペクトルである場合、あるいは測定光源の光が一つの波長しか含まない場合、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発する光を区別するために、照射器３２２、３２６、３２７は組織３１４を時間的に逐次的に照射する。照射器３２２、３２６、３２７から発された光を区別するために、異なる波長を使うこともできる。この場合、各照射器は、他の照射器の波長とは異なる一つの波長を含む。あるいはまた、異なる照射器３２２、３２６、３２７から発された光を区別するために、各照射器３２２、３２６、３２７はいくつかの波長を含む光を発し、異なる照射器３２２、３２６、３２７の光が異なる波長を含むこともできる。
【００８１】
異なる波長をもつ光の照射器３２２、３２６、３２７を提供するためには、組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、いくつかの測定光源を有することができる。この場合、異なる測定光源は異なる波長をもつ光を放出する。各照射器３２２、３２６、３２７はこれらの測定光源の一つに光ファイバーを介して接続されることができる。あるいはまた、一つだけの測定光源または重なり合う光スペクトルをもついくつかの測定光源を使うことができる。この場合、前記一つの測定光源の光スペクトルまたは重なり合う光スペクトルをもつ前記いくつかの測定光源の光スペクトルは、たとえば格子または光ファイバーによって、空間的に異なる波長に分割される。異なる波長に分割された光は光ファイバーに結合され、該光ファイバーがその光を照射器３２２、３２６、３２７に伝達し、異なる照射器３２２、３２６、３２７の光が異なる波長をもつようにする。
【００８２】
決定手段は検出器からの検出信号を受信する。ここで、各検出信号について、対応する光を発した照射器３２２、３２６、３２７の収集器３２３までの距離は、たとえば該対応する光の単数または複数の波長が既知なので、既知であり、これらの距離と侵入深さとの間の関係も、たとえば較正によって既知であるため、決定手段は、上で説明したように、前記検出信号から、すなわち収集された光から、異なる深さにおける組織の属性を決定する。異なる収集器によって収集された光を区別するために異なる波長が使われる場合、異なる収集器によって収集される光は、同時に収集されることができる。
【００８３】
図６は、カテーテル４０２内の図５の構成を示している。測定光源からの光は照射器４２２、４２６、４２７に伝達される。照射器は好ましくは微小プリズムを含む。これらの微小プリズムは、光を組織４１４のほうに向ける。組織４１４によって吸収されなかった光は、好ましくは微小レンズ４３０、４３１および微小鏡４３２を有する収集器によって収集される。これらは光を収集し、その光を検出器に接続されている光ファイバー４１６に結合する。
【００８４】
図７は、カテーテル５０２内の、本発明に基づく照射手段および収集手段のもう一つの構成を概略的に示している。照射手段は格子カプラ５３３を有し、該格子カプラ５３３は、測定光源から光ファイバー５１３を介して該格子カプラ５３３に伝達された光を、光ファイバー５１３から組織５１４中に伝達する。組織５１４によって吸収されなかった光は、微小レンズ５３０、５３１および微小鏡５３２を有する収集手段によって収集される。これらは光を収集し、その光を検出器に接続されている光ファイバー５１６に結合する。カテーテル５０２は、測定光源の光について透明な光学窓５１９をもつ。光学窓１１９は、該光学窓５１９上での粒子の集塊化を防ぐために、好ましくは物質、特に有機物質で被覆される。
【００８５】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段は、収集手段と照射手段との間の種々の距離で光を収集するために、互いに対して相対的に可動であるよう適応されることができる。図４および図５に示されるように、収集手段と照射手段との間の異なる距離は、収集される光の、すなわち光信号の異なる侵入長に対応するので、互いに対して相対的に可動である照射手段および収集手段を有する装置によって、光は深さ解像されて収集されることができる。この深さ解像された収集された光は、好ましくは、上で説明したようにしてこの深さ解像された収集された光から異なる深さにおける組織の属性を決定するために検出器および決定手段によって使われる。
【００８６】
図８に基づく構成では、照射手段６１２は一つの照射器６２２を有し、収集手段６１５は一つの収集器６２３を有する。異なる波長をもつ光が測定光源から光ファイバーを介して照射器６２２に伝達される。照射器６２２は好ましくは、光を組織６１４に結合させるための微小プリズムを含む。組織６１４によって吸収されず、組織６１４を通じて光路６３４に沿って進んできた光は、収集器６２３によって収集される。収集器６２３は光を収集し、その光を光ファイバーに結合する。光ファイバーはその光を検出器に伝達する。この構成では、一つの照射器６１２および一つの収集器６２３だけが使われる。異なる波長は、組織の光学的属性に依存して異なる侵入長をもつ。したがって、検出器は光スペクトルを検出し、その光スペクトルを検出信号のスペクトルに変換する。その検出信号のスペクトルは決定手段に伝達される。波長と侵入深さとの間の関係は、たとえば較正により既知なので、決定手段は各波長に対して侵入深さを割り当てることができる。そして、各波長について検出信号が決定手段に伝達されているので、決定手段は、上で説明したようにして検出信号から、すなわち収集された光から、異なる深さにおける組織の属性を決定できる。
【００８７】
照射手段および収集手段としては、すなわち照射器および収集器としては、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、それぞれ、光ファイバーからの光を組織中に結合させることのできる、および組織によって吸収されなかった光を組織から光ファイバー中に結合させることのできる、いかなるコンポーネントを有することもできる。光ファイバーの代わりに、選択された波長について最適化された伝送特性をもつ平面上の導波路を使うこともできる。さらに、光ファイバーまたは平面状の導波路は帯域通過フィルタまたはカットオフ・フィルタを有することができる。あるいはまた、プリズム、レンズまたは鏡のようなさらなる光学要素を有することなく、照射手段は一つまたはいくつかの光ファイバーを有するのみであることができ、および／または収集手段も一つまたはいくつかの光ファイバーのみを有することができる。この場合、組織は照射手段の光ファイバーから直接発する光で照射され、組織によって吸収されなかった光は収集手段の光ファイバーによって直接収集される。さらに、試料を照射するために、および／または異なる偏光をもつ光信号を検出するために、たとえば偏光子のような偏光に敏感な光学コンポーネントを使うことができる。これは、組織の属性、特にアブレーションされた組織の状態についての追加的な情報を与えることができる。
【００８８】
組織の属性の深さ解像された測定のための装置を有する本発明に基づくアブレーション装置は、心臓アブレーションの間に生じる、温度誘起される組織変化を制御するために使うことができる。
【００８９】
たとえばヤンダ（Janda）らの「ファイバー案内レーザー・システムの接触適用によって誘起される熱的な組織効果の比較（Comparison  of  thermal  tissue  effects  induced  by  contact  application  of  fiber  guided  laser  systems）」、外科および医学におけるレーザー（Lasers  in  surgery  and  medicine）、第33巻、93-101、2003年、および、スプリンター（Splinter）らの「正常な、病気のおよびNd:YAG波長でレーザー光凝固した心筋の光学的属性（Optical  properties  of  normal,  diseased,  and  laser  photocoagulated  myocardium  at  the  Nd:YAG  wavelength）」、外科および医学におけるレーザー（Lasers  in  surgery  and  medicine）、第11巻、117-124、1991年から、レーザー誘導されたアブレーションの間に組織を加熱することが組織の変化につながることは知られている。そうした変化に含まれるものとしては、（ｉ）細胞構造の変化、（ｉｉ）たとえばヘモグロビン、ミオグロビン、細胞酵素および他のタンパク質（コラーゲン）といった組織構成要素の劣化ならびに（ｉｉｉ）水分損失（図９〜図１２、図１６〜図１８参照）がある。
【００９０】
細胞構造の変化は、典型的には変化、たとえば光散乱の増大につながり、構成要素の変性はそのスペクトルの変化につながる。よって、たとえばエヴァレット（Everett）らの「光干渉断層撮影の使用による生物組織の複屈折特徴付け（Birefringence  characterization  of  biological  tissue  by  use  of  optical  coherence  tomography）」、光学レターズ（Optics  Letters）、23/3:228-230、1998年、および、リン（Lin）らの「混濁媒質のレーザー加熱の際の組織工学のダイナミクス（Dynamics  of  tissue  optics  during  laser  heating  of  turbid  media）」、応用光学（Applied  Optics）、35/19:3413-3420、1996年、から知られているように、分光ツールが温度誘起された組織変化についての情報を提供できる。この情報は、レーザー誘導された心臓アブレーションの間に、プロセスを制御するためのフィードバック機構として使われることができる。それにより、プロセスがより効率的となり、高温によって誘起される組織炭化／破壊が防止されうる。ラマン分光法、近赤外および中赤外分光法を含む振動分光法は、生体条件中または生体外の試料の両者を含む種々のタイプの試料における分子組成およびその変化を調べるための高度に敏感で特異的なツールであると立証されている。よって、オブジェクトの属性の深さ解像された測定のための装置の検出器または決定ユニットは好ましくは、収集手段によって収集された光のスペクトルの変化を測定するための分光器を有する。
【００９１】
心臓アブレーションのために適用されている現行のツールは、組織の温度誘起された変化のそのような検査を許容しない。そのことは、アブレーション手順の信頼性の制限につながり、組織過剰加熱につながることもある。組織過剰加熱は、既知のアブレーション手順において、望ましくない組織の炭化または気化、穿孔または破壊といった結果につながりうる。これに対し、本発明に基づくアブレーション装置は、やはりアブレーション手順の間に、組織の深さ解像された属性を決定することを許容する。こうして、心臓アブレーションの間に生じる温度誘起された組織変化がアブレーション手順の間に決定されることができ、決定された温度誘起された組織変化に依存して、組織過剰加熱を防ぐために、アブレーション手順がたとえば制御ユニット９によって制御されることができる。したがって、温度誘起された組織変化は、心臓アブレーションの間にリアルタイムで制御されることができる。
【００９２】
上述したように、本発明に基づくレーザー・アブレーション装置を使うことによって、アブレーション手順の間の組織の深さ解像された制御が可能になる。というのも、心臓アブレーションの間に生じる温度誘起された変化の制御を許容するからである。たとえば、制御ユニットによる、必要なレーザー出力および／または治療の継続時間および／または温度のより緊密な調節が、本発明によって可能となる。これは、考えられる合併症および無用な組織損傷を防止しうる。さらに、これは治療成功率を上げることになる。これはまた、要求されるパラメータの精密制御があり、治療進行の直接フィードバックが本発明に基づく装置によって決定できるために、ユーザーが手順を繰り返す必要がないかもしれないので、治療の継続期間を短縮するのを助けることができる。
【００９３】
本発明に基づくアブレーション装置は、好ましくは、レーザー光源をアブレーション光源として使う。というのも、レーザー・ベースの治療は、アブレーションのためにレーザー光を使わない既知のアブレーション装置に比較して、増加した侵入深さ、人工的破壊部の大きさおよび形状に対するより大きな制御を提供するからである。
【００９４】
レーザー光は好ましくは、近赤外の波長をもつ。近赤外の波長は十分な組織侵入を提供し、比較的単純な装置設計を使って実行できるからである。人間の心臓３の血管内において、近赤外レーザー光を反射モードで、すなわち組織から反射されたおよび／または組織によって散乱された光が収集手段によって収集されるモードで使う、本発明に基づくそのような装置を使うことによって、表層の組織層および表面下のたとえば3ないし4mmほどの深さの層をスキャンできる。これはすなわち、たとえば、人間の心臓内において、心筋および心外膜がスキャンできるということである。
【００９５】
上述したUS5,197,470は、病気の組織部分のみの検出のために使われるべく意図された機器を開示している。これに対し、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、組織中でレーザー誘導された変化をモニタリングするために使われることができる。さらに、US5,197,470において開示された機器は、コレステロールおよびそのエステルのみの検出のために使われることが意図されている。これに対し、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、好ましくは、US5,197,470に開示されている機器によって使われる波長とは異なり、特に水、タンパク質およびヘム含有タンパク質を検出するために使われることのできる波長を使う。さらに、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置とは対照的に、US5,197,470に開示されている機器は、アテローム性動脈硬化の治療のみのために使われる。さらに、本発明とは対照的に、文書US5,197,470は深さ解像された測定や心臓アブレーション手順の際の深さ解像された測定の使用を開示してはいない。
【００９６】
図１および図２ならびに対応する明細書の記述では、アブレーション光源６、測定光源５、それぞれの光ファイバー１３、１８ならびに照射１２およびアブレーション手段１７を有するアブレーション装置が記載されているものの、本発明はこの構成に限定されるものではない。たとえば、アブレーション装置は、別個の測定光源５、個別の光ファイバー１３および照射手段１２を有さずにアブレーション光源６、光ファイバー１８およびアブレーション手段１７だけを有していてもよい。この場合、収集手段は、アブレーション手段から発されて組織から反射および／または散乱された光を収集するよう適応される。すなわち、アブレーション手段が照射手段の機能をもつのである。
【００９７】
収集手段によって収集され、検出器に光ファイバーを介して伝達される光信号は、アブレーション手順の間に組織の属性を決定するために使われることができる。すなわち、本発明に基づくアブレーション装置は、アブレーションの間の侵入のモニタリングを許容し、ユーザーが、所望される人工的破壊部の深さが達成されたかどうかを識別することを許容する。こうして、たとえば深さ解像されたスペクトル情報を使うことによる組織の属性の深さ解像された決定が、いつアブレーション手順を終結させるかを決定するために使われることができる。たとえば、前記決定ユニットが病気の組織が除去されたまたは損傷されたと判定した場合には、あるいは健全な組織が損傷されかかっている場合には、前記制御ユニットまたはユーザーがアブレーション手順を止めることができる。アブレーション手順のこの制御は、心筋組織の厚さ全体にまたがるアブレーション人工的破壊部の生成の際に特に重要である。この場合、心外膜のまわりのデリケートな構造の損傷および心臓近傍の他の組織に対する考えられる副作用を防ぐ必要がある。
【００９８】
レーザー支援されたアブレーションとは別に、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置は、超音波、マイクロ波、無線周波（RF）および凍結アブレーションといった他の諸方法によって誘導される組織変化をモニタリングするために適用されることができる。
【００９９】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置はまた、潰瘍（たとえば大腸炎）といった病気によって引き起こされる病変および以前の外科手順からの傷跡の測定にも適用されることができる。
【０１００】
本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置はまた、組織灌流の変化に基づいて心血管形成および血管再生をモニタリングするためにも適用されることができる。
【０１０１】
上記の組織の属性の深さ解像された測定のための装置のそれぞれは、本発明に基づくアブレーション装置と一緒に使うことができる。
【０１０２】
本発明は、光スペクトルの検出に限定されるものではない。オブジェクトの属性を決定するために、たとえば単一波長の光が検出されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に基づくレーザー・アブレーション装置の概略図である。
【図２】レーザー・アブレーション装置の心臓アブレーション・カテーテルの端部の概略図である。
【図３】本発明に基づく心臓アブレーション・カテーテル中に挿入された、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の概略図である。
【図４】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段の構成の概略図である。
【図５】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のもう一つの構成の概略図である。
【図６】図５の照射手段および収集手段の構成の別の概略図である。
【図７】カテーテル中に挿入された、本発明に基づく組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のあるさらなる構成の概略図である。
【図８】本発明に基づく、組織の属性の深さ解像された測定のための装置の照射手段および収集手段のあるさらなる構成の概略図である。
【図９】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１０】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルの差分スペクトルを示す図である。
【図１１】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の他の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１２】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織の拡散反射スペクトルのさらなる差分スペクトルを示す図である。
【図１３】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図１４】オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【図１５】脂肪を含む心臓組織の拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１６】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のさらなる拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１７】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のさらなる拡散反射スペクトルを示す図である。
【図１８】正常な心臓組織およびアブレーションされた心臓組織のＶＩＳ／ＮＩＲ反射スペクトルを示す図である。
【国際調査報告】
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