(57)【要約】【課題】患者に過大な負担をかけることなく高い信頼性を持って血管の診断に用いることのできる血管診断用分光プローブを提供する。【解決手段】ラマンスペクトル測定プローブと内視鏡あるいは超音波プローブを一体型とし、測定時の血液の影響を防ぐためにラマンプローブ先端を患部に接触させる機構を設けた。内視鏡１４は血管内を前方視し、ラマンプローブは、血管壁を測定し易いように側視型とした。血管内に挿入されるプローブの先端部２１に固定用バルーン２３を設け、バルーンと反対側の側面にラマンプローブの用の窓２２を配置した。固定用バルーン２３を膨らませると、一部だけが血管３８の内壁と接触してプローブを固定し、血管内壁との間に隙間を形成する。また、患部に窓が接触する。血液は間隙を流れるため、バルーンを膨らませても血流は止まらない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管内に挿入される長尺部材と、
前記長尺部材の先端部の側壁に設けられた光透過窓と、
前記長尺部材の先端部の前記光透過窓とは反対側の側壁に設けられたバルーンと、
光源からの光を前記光透過窓に導く光ファイバーと前記光透過窓から前記長尺部材に入射したラマン散乱光を外部に導く光ファイバーとを備えるラマンプローブ部と、
前記バルーンに流体を導入するためのチューブと、
前記長尺部材の先端部に照明光を導く光ファイバーとイメージファイバーとを備える内視鏡部と、
前記内視鏡部の照明光照射領域に生理食塩水を注入するためのチューブと
を含むことを特徴とする血管診断用分光プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の血管診断用分光プローブにおいて、前記バルーンが膨らんだとき、膨らんだバルーンと血管内壁の間に隙間が形成されることを特徴とする血管診断用分光プローブ。
【請求項３】
血管内に挿入される長尺部材と、
前記長尺部材の先端部の側壁に設けられた光透過窓と、
前記長尺部材の先端部の前記光透過窓とは反対側の側壁に設けられたバルーンと、
光源からの光を前記光透過窓に導く光ファイバーと前記光透過窓から前記長尺部材に入射したラマン散乱光を外部に導く光ファイバーとを備えるラマンプローブ部と、
前記バルーンに流体を導入するためのチューブと、
前記長尺部材の先端部領域の超音波像を取得するための超音波プローブと
を含むことを特徴とする血管診断用分光プローブ。
【請求項４】
請求項３記載の血管診断用分光プローブにおいて、前記バルーンが膨らんだとき、膨らんだバルーンと血管内壁の間に隙間が形成されることを特徴とする血管診断用分光プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光プローブに関し、特に血管内に挿入して動脈硬化等の診断に用いることのできる血管診断用分光プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
Anal. Chem., 72, 3771-3775 (2000)や特開2004-294109号公報に、光源からの励起光を被測定部へ導くための光路、及び被測定部から発生したラマン散乱光を受光部に導くための光路に光ファイバーを用いた分光プローブが記載されている。
【特許文献１】特開2004-294109号公報
【非特許文献１】Anal. Chem., 72, 3771-3775 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
動脈硬化の診断において、血管壁の外側に蓄積したコレステロールを測定することが必要とされている。しかし、血管壁の外側に蓄積したプラークは、血管内視鏡や血管エコーでは測定することができない。そこで、血管内に挿入したプローブから患部に光を照射し、ラマン散乱で血管壁の外側に蓄積したプラークの状態を判断する方法が考えられる。プローブは血管内に挿入されるため、励起光は光ファイバーで送り、受光も光ファイバーを解して行う。
【０００４】
しかし、従来の分光プローブは、光を送受光する光ファイバーだけで構成されている。そのため、プローブを血管内に挿入することはできても、血管の診断に適用するには問題がある。第１に、プローブ先端の位置確認が出来ない。そのため、プローブを患部へ導き診断部を確認するには、外部からＸ線を照射する造影装置の使用が必要であり、コストが高くつく。また、血管内で分光プローブの位置を固定できないため、狙った患部を確実に測定することができない。更に、血管内の血液の妨害を受けるため、測定が困難である。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決し、患者に過大な負担をかけることなく高い信頼性を持って血管の診断に用いることのできる血管診断用分光プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、ラマンスペクトル測定プローブと内視鏡あるいは超音波プローブを一体型とし、測定時の血液の影響を防ぐためにラマンプローブ先端を患部に接触させる機構を設けた。内視鏡は血管内を前方視し、ラマンプローブは、血管壁を測定し易いように側視型とした。血管内に挿入されるプローブの先端部にはプローブ先端を患部に接触させる機構として固定用バルーンを設けた。また、固定用バルーンを膨らませた際、血管内壁全体に接触しない構造にした。バルーンの一部だけが血管内壁と接触することで、プローブを固定し、かつ血管内壁との間に隙間を形成する。血液は間隙を流れるため、バルーンを膨らませても血流は止まらない。バルーンと反対側の側面にラマンプローブの用の窓を配置した。固定用バルーンを膨らますと、患部に窓が接触する。従って測定時に血液の影響を受けずに、人体に対して大きな負担をかけず診断が可能である。
【０００７】
本発明による血管診断用分光プローブの一つの形態は、血管内に挿入される長尺部材と、長尺部材の先端部の側壁に設けられた光透過窓と、長尺部材の先端部の光透過窓と反対側の側壁に設けられたバルーンと、光源からの光を光透過窓に導く光ファイバーと光透過窓から長尺部材に入射したラマン散乱光を外部に導く光ファイバーとを備えるラマンプローブ部と、バルーンに流体を導入するためのチューブと、長尺部材の先端部に照明光を導く光ファイバーとイメージファイバーとを備える内視鏡部と、内視鏡部の照明光照射領域に生理食塩水を注入するためのチューブとを含む。
【０００８】
また、本発明による血管診断用分光プローブの他の形態は、血管内に挿入される長尺部材と、長尺部材の先端部の側壁に設けられた光透過窓と、長尺部材の先端部の光透過窓とは反対側の側壁に設けられたバルーンと、光源からの光を光透過窓に導く光ファイバーと光透過窓から長尺部材に入射したラマン散乱光を外部に導く光ファイバーとを備えるラマンプローブ部と、バルーンに流体を導入するためのチューブと、長尺部材の先端部領域の超音波像を取得するための超音波プローブとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ラマンプローブ先端を血管内の患部に容易に導き、血流を止めることなく患部に固定し、血液の妨害を防いで患部のラマンスペクトルを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による血管診断用分光プローブの一実施例を示す全体図である。
【００１１】
この血管診断用分光プローブ１０は、励起光用光ファイバー１２と受光用光ファイバー１３を備えるラマンプローブ部１１、照明光を導くライトガイド１５と画像を伝達するイメージファイバー１６を備える内視鏡部１４、血液排除液体用シリンジ１７に接続されるチューブ１８、バルーン用シリンジ１９に接続されるチューブ２０を有する。血管診断用分光プローブ１０の全長は３ｍであり、血管内に挿入可能な有効部２１の長さは１．５ｍである。また、動脈内での測定を可能にするため、有効部２１の直径は２ｍｍである。
【００１２】
図２は、血管診断用分光プローブと外部機器との接続関係を示す図である。ラマンプローブ部１１の励起光用光ファイバー１２と受光用光ファイバー１３は、それぞれラマンプローブ分光システム３１の励起光源３２とラマン分光計３３に接続されている。励起光用光ファイバーの先端には、光ファイバーから発生するラマン散乱光を除去するバンドパスフィルターが装着されている。受光用光ファイバーの先端には、患部からのレイリー散乱光をカットするエッジフィルターが装着されている。光源には、ラマン散乱測定において妨害光となる人体からの蛍光を発生しにくい近赤外光を使う。励起光用光ファイバーはチタンサファイアレーザの近赤外光を患部に導く。先端部でミラーを用いて光路を直角に曲げ、血管壁に対して垂直にレーザ光を照射する。患部で発生した散乱光は受光用ファイバーで分光器に導かれる。
【００１３】
また、内視鏡部１４のライトガイド１５とイメージファイバー１６は、それぞれ血管内視用イメージングシステム３４の照明光源３５と画像処理部３６に接続されている。内視鏡部１４のイメージファイバー１６で取得した血管内の画像は、画像処理部３６に設けられたＣＣＤで受光・処理されて、モニター３７に表示される。ラマン分光計３３によって得られた患部のラマン散乱スペクトルも、モニター３７に表示される。
【００１４】
図３は本実施例の血管診断用分光プローブの有効部先端の構造を示す概略斜視図、図４はその概略断面図である。
【００１５】
血管内に挿入される有効部２１の先端には、内視鏡１４、及び内視鏡の視野確保のための生理食塩水送水口となるチューブ１８の先端が露出している。有効部２１の側面にはラマン測定用窓２２が設けられ、ラマン測定用窓２２と反対側の有効部側面にはバルーン２３が設けられている。バルーン２３には、バルーン用シリンジ１９からチューブ２０を介して生理食塩水を注入して膨らますことができるようになっている。図４に示すように、ラマンプローブ１１からの励起光は、有効部２１の内部に設けられたミラー２４で反射された後、ラマン測定用窓２２を通して血管壁に照射される。励起光照射によって血管壁から発生したラマン散乱光は、ラマン測定用窓２２を通り、ミラー２４で反射されてラマンプローブ１１に導入される。
【００１６】
図５は血管内でバルーンを膨らまして測定を行っているときの様子を示す模式図であり、図５（ａ）は血管診断用分光プローブの有効部先端の斜視図、図５（ｂ）はプローブ先端方向からみた血管の断面摸式図である。
【００１７】
バルーン２３には、血管３８内の所望の位置に血管診断用分光プローブ１０の有効部２１を固定する役目と、患部にラマンプローブの測定用窓２２を接触させる役目がある。オペレータは、血管診断用分光プローブを血管内に挿入し、モニター３７に表示された血管の内壁の状態を内視鏡部１４の画像によって確認しながら、プローブ先端を患部に導き、測定個所を決める。このとき、画像取得の妨害となるプローブ先端の血液は、シリンジ１７を操作してプローブ先端の露出しているチューブ１８から生理食塩水を流して排除し、視野を確保する。
【００１８】
測定個所が決まると、プローブ先端を測定個所に固定するために、バルーン用シリンジ１９から生理食塩水をバルーン２３に注入し、膨らませる。すると、図５（ｂ）に示すように、バルーン２３は血管３８の内壁に接触し、血管診断用分光プローブ１０の有効部２１を血管３８の反対側の内壁に押し付ける。ラマンプローブの測定用窓２２は、有効部２１に対してバルーン２３と反対側にあるため、結果として測定用窓２２は血管３８の内壁に押し付けられる。このとき、バルーン２３は血管３８の全体に広がらず、バルーン２３及び血管診断用分光プローブ１０と血管内壁の間には隙間が形成される。従って、測定中も血流が確保されるため、人体にかかる負担が軽減される。プローブ先端を固定した後、オペレータはラマンプローブ分光システム３１を用いて血管壁に励起光を照射し、ラマン散乱スペクトルを測定する。
【００１９】
図６は、ラマンプローブ部の先端部分の構造を示す模式図であり、図６（ａ）は横断面図、図６（ｂ）は縦断面図である。
【００２０】
本実施例のラマンプローブは、中心に位置する１本の励起光用光ファイバー４１と、それを取り囲むように配置された８本の受光用光ファイバー４２を備える。励起光用光ファイバー４１の先端には励起光源３２から出射された励起波長のみを通過するバンドパスフィルター４３が装着され、受光用光ファイバー４２の先端には励起波長を通さず、試料から発生されたラマン散乱光を通過させるエッジフィルター（長波長透過フィルター）４４が装着されている。励起光用光ファイバー４１の先端にはステンレス製のパイプ４５が装着され、励起光用光ファイバー４１と受光用光ファイバー４２の間を遮光し、励起光用光ファイバー４１から出射した励起光が直接受光用光ファイバー４２に入射しないように設計されている。なお、ラマン散乱光として励起波長より短波長のアンチストークス線を測定する場合には、エッジフィルターとして、励起波長を通さず、励起波長より短波長域の波長を透過する短波長透過フィルターを装着すればよい。エッジフィルター４４は、受光用光ファイバー４２の先端にガラスレジン等の接着剤で接着される。先端部の側面はステンレスパイプあるいは樹脂膜からなる外部被覆４７で覆われる。
【００２１】
励起光用光ファイバー４１の先端に装着するパイプ４５としては、外径２００μｍ、内径１３０μｍのステンレス製パイプを用いた。パイプをプラスチックやポリイミド等で構成すると、励起光によって蛍光やラマン散乱が発生するばかりでなく、受光用光ファイバーに光が漏れクロストークを起こすため望ましくない。なお、図示の例では、励起光用光ファイバーと受光用光ファイバーとして同じ径の光ファイバーを用いているが、１本だけ使用する励起光用光ファイバーの径を受光用光ファイバーの径より大径にしてもよい。励起光用光ファイバーを複数本とし、複数本の光ファイバーを束ねてパイプ４５に挿入してもよい。
【００２２】
次に、本実施例の血管診断用分光プローブを用いた測定例について説明する。血管にコレステロールが溜まるように飼育したウサギの血管のラマン散乱測定を行った。図７に結果を示す。図７において、スペクトルａは本発明のプローブで測定したコレステロール・オリエートのラマン散乱スペクトルである。また、スペクトルｂは血管診断用分光プローブを用いてウサギの血管を測定することによって得たラマン散乱スペクトルである。スペクトルｂには、スペクトルａと異なり生体の細胞組織の蛍光が含まれているが、個々の波数部が一致することから血管にコレステロールがたまっていることが確認できた。
【００２３】
本実施例によると、画像による患部の形状及び色彩情報は内視鏡部から取得し、患部の分子レベル的な情報はラマンプローブ部から取得することができる。また、それらの情報から今までに得ることができなかった、血管内部の形状・色彩情報と分子情報の相関が得られる。
【００２４】
次に、内視鏡部に代えて超音波プローブ部を組み込んだ血管診断用分光プローブの実施例について説明する。
【００２５】
図８は、本発明による血管診断用分光プローブの他の実施例を示す全体図である。本実施例では、像取得手段として内視鏡部の代わりに超音波プローブ部を備える。
【００２６】
本実施例の血管診断用分光プローブ５０は、励起光用光ファイバー１２と受光用光ファイバー１３を備えるラマンプローブ部１１、血管像取得手段としての超音波プローブ部５４、及びバルーン用シリンジ１９に接続されるチューブ２０を有する。血管診断用分光プローブ５０の全長は３ｍであり、血管内に挿入可能な有効部５１の長さは１．５ｍである。動脈内での測定を可能にするため、有効部５１の直径は２ｍｍである。血管の像は超音波によって取得するため、内視鏡部を用いた場合に必要であった血液排除液体を導入する手段は不要になる。
【００２７】
図９は、本実施例の血管診断用分光プローブと外部との接続関係を示す図である。ラマンプローブ部１１の励起光用光ファイバー１２と受光用光ファイバー１３は、それぞれラマンプローブ分光システム３１の励起光源３２とラマン分光計３３に接続されている。超音波プローブ部５４は、超音波イメージングシステム６４の画像処理部６６に接続されている。超音波プローブを血管壁に沿って移動して血管壁の各場所の断面（深さ方向）の密度分布の情報を取得する。超音波トランスジューサは先端部の中心に配置する。ラマン分光計３３によって得られた患部のラマン散乱スペクトルも、モニター３７に表示される。
【００２８】
図１０は本実施例の血管診断用分光プローブの有効部先端の構造を示す概略斜視図、図１１はその概略断面図である。
【００２９】
血管内に挿入される有効部５１の先端からは、超音波プローブ部５４の先端が突出している。超音波プローブ部５４のセンサ部は突出した先端にある。これは、センサ部がプローブの有効部５１内にあったのでは、血管壁の超音波情報が取れないからである。有効部５１の側面にはラマン測定用窓２２が設けられ、ラマン測定用窓２２と反対側の有効部側面にはバルーン２３が設けられている。バルーン２３には、膨らますとき、バルーン用シリンジ１９からチューブ２０を介して生理食塩水が注入される。図１１に示すように、ラマンプローブ１１からの励起光は、有効部５１の内部に設けられたミラー２４で反射された後、ラマン測定用窓２２を通して血管壁に照射される。励起光照射によって血管壁から発生したラマン散乱光は、ラマン測定用窓２２を通り、ミラー２４で反射されてラマンプローブ１１に導入される。
【００３０】
図１２は血管内でバルーンを膨らまして測定を行っているときの様子を示す模式図であり、図１２（ａ）は血管診断用分光プローブの有効部先端の斜視図、図１２（ｂ）はプローブ先端方向からみた血管の断面摸式図である。
【００３１】
バルーン２３には、血管３８内の所望の位置に血管診断用分光プローブ５０の有効部５１を固定する役目と、患部にラマンプローブの測定用窓２２を接触させる役目がある。超音波像からは血管壁の深さ方向の密度分布の情報が得られる。オペレータは、超音波プローブ部５４によって取得した血管の超音波像をモニター３７で確認しながら、測定個所を決める。超音波像は血液の妨害を受けないため、像取得に当たって生理食塩水等によって血液を排除する必要はない。
【００３２】
測定個所が決まると、プローブ先端を測定個所に固定するために、バルーン用シリンジ１９から生理食塩水をバルーン２３に注入し、膨らませる。すると、図１２（ｂ）に示すように、バルーン２３は血管３８の内壁に接触し、血管診断用分光プローブ５０の有効部２１を血管３８の反対側の内壁に押し付ける。ラマンプローブの測定用窓２２は、有効部２１に対してバルーン２３と反対側にあるため、結果として測定用窓２２は血管３８の内壁に押し付けられる。このとき、バルーン２３は血管３８の全体に広がらず、バルーン２３及び血管診断用分光プローブ５０と血管内壁の間には隙間が形成される。従って、測定中も血流が確保されるため、人体にかかる負担が軽減される。この状態で、オペレータはラマンプローブ分光システム３１を用いて血管壁のラマン散乱スペクトルを測定する。
【００３３】
本実施例によると、超音波によって患部の断面形状（血管径）及び密度の違いの情報が得られ、分子レベル情報はラマンプローブから得られる。従って、これらのデータの相関から新たな情報が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による血管診断用分光プローブの一実施例を示す全体図。
【図２】血管診断用分光プローブと外部機器との接続関係を示す図。
【図３】血管診断用分光プローブの有効部先端の構造を示す概略斜視図。
【図４】血管診断用分光プローブの有効部先端の概略断面図。
【図５】血管内でバルーンを膨らまして測定を行っているときの様子を示す模式図。
【図６】ラマンプローブ部の先端部分の構造を示す模式図。
【図７】測定結果を示す図。
【図８】本発明による血管診断用分光プローブの他の実施例を示す全体図。
【図９】血管診断用分光プローブと外部との接続関係を示す図。
【図１０】血管診断用分光プローブの有効部先端の構造を示す概略斜視図。
【図１１】血管診断用分光プローブの有効部先端の概略断面図。
【図１２】血管内でバルーンを膨らまして測定を行っているときの様子を示す模式図。
【符号の説明】
【００３５】
１０：血管診断用分光プローブ、１１：ラマンプローブ部、１２：励起光用光ファイバー、１３：受光用光ファイバー、１４：内視鏡部、１５：ライトガイド、１６：イメージファイバー、１７：血液排除液体用シリンジ、１８：チューブ、１９：バルーン用シリンジ、２０：チューブ、２１：有効部、２２：ラマン測定用窓、２３：バルーン、２４：ミラー、３１：ラマンプローブ分光システム、３２：励起光源、３３：ラマン分光計、３４：血管内視用イメージングシステム、３５：照明光源、３６：画像処理部、３７：モニター、３８：血管、４１：励起光用光ファイバー、４２：受光用光ファイバー、４３：バンドパスフィルター、４４：エッジフィルター、４５：ステンレス製パイプ、４７：外部被覆、５０：血管診断用分光プローブ、５４：超音波プローブ部、６４：超音波イメージングシステム、６６：画像処理部
【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】
2006317319.tif 000013
【図１２】
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