(57)【要約】ダブル・クラッド・ファイバは、カテーテルの軸に沿って延びている。ファイバは、コアと、該コアを囲む環状のクラッディングとを有する。レンズ・アセンブリは、コアと光学的に通信する第1のサブアパーチャと、環状のクラッディングと光学的に通信する第2のサブアパーチャとを有する。
2005535413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルであって、
該カテーテルの軸に沿って延び、コアと該コアを囲む環状クラッディングとを有するダブル・クラッド・ファイバ、および
コアと光学的に通信する第1のサブアパーチャと、環状のクラッディングと光学的に通信する第2のサブアパーチャとを有するレンズ・アセンブリ
を含むカテーテル。
【請求項２】
レンズ・アセンブリと光学的に通信するビーム・リディレクタをさらに含む、請求項1記載のカテーテル。
【請求項３】
ビーム・リディレクタは、ミラーおよびプリズムからなる群より選択される、請求項2記載のカテーテル。
【請求項４】
レンズ・アセンブリは環状のウェッジ・プリズムを含む、請求項1記載のカテーテル。
【請求項５】
環状のウェッジ・プリズムは、第1のサブアパーチャを形成する穴を形成する壁を含む、請求項4記載のカテーテル。
【請求項６】
環状のウェッジ・プリズムは、平面状の近位面および遠位面を有し、第1のサブアパーチャを形成する中央ゾーンを含む、請求項4記載のカテーテル。
【請求項７】
環状のウェッジ・プリズムは、円錐面を有する環状のゾーンを含む、請求項4記載のカテーテル。
【請求項８】
レンズ・アセンブリは、第1のサブアパーチャに入射する第1のビームと第2のサブアパーチャに入射する第2のビームを分離するように構成される、請求項1記載のカテーテル。
【請求項９】
レンズ・アセンブリはGRIN（「段階状屈折率」）レンズを含む、請求項1記載のカテーテル。
【請求項１０】
GRIN（「段階状屈折率」）レンズは、ダブル・クラッド・ファイバのコアと屈折率が一致する中央サブアパーチャを含む、請求項9記載のカテーテル。
【請求項１１】
GRIN（「段階状屈折率」）レンズは、半径方向に変化する屈折率を有する環状のサブアパーチャをさらに含む、請求項10記載のカテーテル。
【請求項１２】
GRIN（「段階状屈折率」）レンズは環状のレンズである、請求項9記載のカテーテル。
【請求項１３】
環状のウェッジ・プリズムは、ダブル・クラッド・ファイバの遠位面に接触する近位面を含む、請求項4記載のカテーテル。
【請求項１４】
レンズ・アセンブリはダブル・クラッド・ファイバに接触する、請求項1記載のカテーテル。
【請求項１５】
レンズ・アセンブリはダブル・クラッド・ファイバと一体である、請求項1記載のカテーテル。
【請求項１６】
ダブル・クラッド・ファイバの遠位面はレンズ・アセンブリの一部を形成するような形状を有する、請求項15記載のカテーテル。
【請求項１７】
ダブル・クラッド・ファイバの遠位面は、くぼみを形成する傾いた壁を含む、請求項16記載のカテーテル。
【請求項１８】
レンズ・アセンブリは、ビームを第1の方向に向け直すように配向させられた中央サブアパーチャと、ビームを第1の方向とは異なる第2の方向に向け直すように配向させられた環状のサブアパーチャとを有するビーム・リディレクタを含む、請求項1記載のカテーテル。
【請求項１９】
カテーテル用の遠位先端アセンブリにおいて、
マルチチャネル・ファイバに光学的に結合されるレンズ・アセンブリであって、
マルチチャネル・ファイバの第1のチャネルに光学的に結合される第1のサブアパーチャと、
マルチチャネル・ファイバの第2のチャネルに光学的に結合される第2のサブアパーチャとを有するレンズ・アセンブリを含む遠位先端アセンブリ。
【請求項２０】
レンズ・アセンブリは、マルチチャネル・ファイバの第1および第2のチャネルと光学的に通信する、第1のサブアパーチャと第2のサブアパーチャとを有するプリズムを含む、請求項19記載の遠位先端アセンブリ。
【請求項２１】
第1および第2のサブアパーチャは、コアとコアを囲む環状のクラッディング層とを有するダブル・クラッド・ファイバに光学的に結合されるように配置される、請求項19記載の遠位先端アセンブリ。
【請求項２２】
プリズムは環状のウェッジ・プリズムを含む、請求項20記載の遠位先端アセンブリ。
【請求項２３】
レンズ・アセンブリは、ダブル・クラッド・ファイバのコアに光学的に結合されるように配置された中央サブアパーチャと、ダブル・クラッド・ファイバの環状のクラッディング層に光学的に結合されるように配置された環状のサブアパーチャとを有する環状のウェッジ・プリズムを含む、請求項19記載の遠位先端アセンブリ。
【請求項２４】
光を光学カテーテルに結合しかつ結合解除する方法であって、
カテーテルに沿って延び、少なくとも第1および第2のチャネルを有するマルチチャネル光ファイバを設ける段階と、
第1のチャネルからの送達ビームを光学カテーテルから離れる方向に送る段階と、
光学カテーテルに入射した光を第2のチャネル内に送る段階とを含む方法。
【請求項２５】
マルチチャネル光ファイバを設ける段階は、コアおよび環状のクラッディング層を有するダブル・クラッド・ファイバを設ける段階を含む、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
第1のチャネルからの送達ビームを光学カテーテルから離れる方向に送る段階は、
第1および第2のサブアパーチャを有するレンズ要素を設ける段階と、
第1のサブアパーチャを第1のチャネルに光学的に結合する段階とを含む、請求項24記載の方法。
【請求項２７】
光学カテーテルに入射した光を第2のチャネル内に送る段階は、
第1および第2のサブアパーチャを有するレンズ要素を設ける段階と、
第2のサブアパーチャを第2のチャネルに光学的に結合する段階とを含む、請求項24記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、カテーテルに関し、特に光学カテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
易損性プラークとは、動脈の壁内に形成される、脂質が満たされた腔である。このようなプラークは、破壊されると、動脈内で広範囲に凝固する可能性がある。この結果生じる血餅は、脳への血流に干渉して脳卒中を引き起こすか、または冠動脈への血流を妨害して心臓発作を引き起こす恐れがある。
【０００３】
易損性プラークを見つけるために、動脈の管腔にカテーテルが挿入される。カテーテルは、動脈壁上の点を照明する送達ファイバと、照明によって得られる散乱光を収集する収集ファイバとを含む。送達ファイバと収集ファイバは、カテーテル内の互いに異なる光学チャネルを形成する。したがって、プラークを見つけるのに用いられるカテーテルはマルチチャネル・カテーテルである。
【０００４】
送達ファイバによる照明の結果として散乱した光は、動脈の壁内の構造と血液中の粒子との両方によって、多数の方向に散乱させられる。この結果、濃い霧の中で経験するのと同様な拡散白熱光が生じる。最終的に収集ファイバの面に当たるのは、この散乱光の極めて小さな部分である。有用な診断情報を含むことがある散乱光の残りの部分は無駄になってしまう。得られる散乱光全体のうちのこの極めて小さい部分に基づいて、プロセッサは、動脈壁内に潜む易損性プラークによって患者の生命が危険にさらされているかどうかを判定する。
【発明の開示】
【０００５】
概要
本発明は、動脈壁上の照明された点を囲む環状の視野に入る光を収集することによって、動脈壁の後方の特定の深さから散乱したずっと多くの光を回復することのできるという認識に基づくものである。
【０００６】
一局面では、本発明は、ダブル・クラッド・ファイバが軸に沿って延びるカテーテルを含む。ダブル・クラッド・ファイバは、コアと、コアを囲む環状クラッディングとを有する。このダブル・クラッド・ファイバは、少なくとも1つのサブアパーチャを有するレンズ・アセンブリと光学的に通信する。第1のサブアパーチャは、コアと光学的に通信し、第2のサブアパーチャは環状のクラッディングと光学的に通信する。
【０００７】
他の局面では、本発明は、マルチチャネル・ファイバに光学的に結合されるレンズ・アセンブリを有する遠位先端アセンブリを含む。このようなレンズ・アセンブリは、マルチチャネル・ファイバの第1および第2のチャネルに光学的に結合される第1および第2のサブアパーチャを含む。
【０００８】
本発明の他の局面は、光を光学カテーテルに結合しかつ結合解除する方法である。この方法は、カテーテルに沿って延びる少なくとも第1および第2のチャネルを有するマルチチャネル光ファイバを設ける段階を含む。第1のチャネルに沿って送達ビームが送られ、一方、光学カテーテルに入射した光は第2のチャネルに送られる。
【０００９】
本発明は、レンズ・アセンブリと光学的に通信するビーム・リディレクタを光学的に含む。ビーム・リディレクタの例には、ミラー、プリズム、および他の光湾曲構造を含めることができる。
【００１０】
いくつかの態様では、レンズ・アセンブリは環状のウェッジ・プリズムである。このようなプリズムは、第1のサブアパーチャを形成する穴を形成する壁を含んでよい。または、第1のサブアパーチャは、平面状の近位面および遠位面を有する中央ゾーンであってよい。第2のアパーチャは、円錐面を含んでよい。
【００１１】
本発明の他の態様には、第1のサブアパーチャに入射する第1のビームと第1のサブアパーチャに入射する第2のビームを分離するようにレンズ・アセンブリが構成される態様が含まれる。この機能を実行できる1つのレンズ・アセンブリにはGRIN（「段階状屈折率」）レンズが含まれる。この用途に適したGRINレンズの例として、ダブル・クラッド・ファイバのコアと屈折率が一致する中央サブアパーチャを有するレンズがある。さらに、GRINレンズは、半径方向に変化する屈折率を有する環状のサブアパーチャを有してよい。
【００１２】
環状のウェッジ・プリズムは、ダブル・クラッド・ファイバの遠位面から間隔を置いて配置しても、ファイバと物理的に接触してもよい。いくつかの態様では、環状のウェッジ・プリズムはダブル・クラッド・ファイバと一体である。たとえば、ダブル・クラッド・ファイバの遠位面自体を、レンズ・アセンブリの一部を形成する形状にすることができる。
【００１３】
いくつかの態様では、ビーム・リディレクタは環状のウェッジ・プリズムの機能のいくつかを実行する。たとえば、ビーム・リディテクタは、ビームを第1の方向に向け直すように配向させられた中央サブアパーチャと、ビームを第1の方向とは異なる第2の方向に向け直すように配向させられた環状のサブアパーチャとを有してよい。
【００１４】
特に明示しないかぎり、本明細書に用いられるすべての科学技術用語は、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ているのと同じ意味を有する。本発明を実施または試験する際に本明細書に記載されている方法および材料と同様または同等の方法および材料を用いることができるが、適切な方法および材料について以下に説明する。本明細書で述べるすべての刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、参照として本明細書に全体的に組み入れられる。矛盾が生じる場合は、定義を含め、本明細書が支配する。さらに、材料、方法、および例は例示的なものに過ぎず、制限的なものではない。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになると思われる。
【００１６】
詳細な説明
システムの概要
図1は、患者の動脈壁13内の易損性プラーク12を識別する診断システム10を示している。この診断システムは、患者の選択された動脈、たとえば冠動脈に挿入されるカテーテル16を備えている。ダブル・クラッド・ファイバ14は、カテーテル16の遠位端21と近位端23との間を延びている。図3Aに示されているダブル・クラッド・ファイバは、外側クラッディング層15、内側クラッディング層20、およびファイバ・コア18を有している。ダブル・クラッド・ファイバ14内で、光は内側クラッディング層20、ファイバ・コア18、またはその両方を通ることができる。
【００１７】
図2に示されているように、カテーテル16は、回転可能なコア19を囲むジャケット17を含み、ダブル・クラッド・ファイバ14はコア19の中心を通って延びている。回転可能なコア19は、毎分約4回転から30回転の間の速度で回転する。
【００１８】
次に、図3Aを参照すると、先端アセンブリ22は、カテーテル16の遠位端21の所で、ファイバ・コア18上を軸線方向に移動する光を動脈壁13上の照明点24の方へ送る。先端アセンブリ22はまた、動脈壁13上の収集領域26から光を収集し、その光を内側クラッディング層20内に送る。
【００１９】
図1に示されているように、モータ30によって駆動される回転カプラ28はカテーテル16の近位端23に係合する。モータ30がマルチチャネル・カプラ28を回転させると、カプラ28とカテーテル16の両方がユニットとして一緒に回転する。この特徴によって、診断システム10は、照明点24を有する動脈壁13を周方向に走査することができる。
【００２０】
回転カプラ28は、カテーテル16を回転させるだけでなく、光をレーザ32（またはその他の光源）からファイバ・コア18内に案内し、収集部20から現れた光を検出器（図示せず）内に案内する。
【００２１】
検出器は、光強度を示す電気信号を、アナログ・デジタル（「A/D」）変換器38に接続された増幅器36に与える。A/D変換器38は、この信号を、プロセッサ40によって分析できるデータに変換し、動脈壁13の下に隠れた易損性プラーク12の存在を識別する。
【００２２】
遠位先端アセンブリ
図4に示されているように、光が動脈壁13を照明すると、入射光42の一部が壁13から反射される。この正反射46は、動脈壁13の後方の構造48に関する情報をほとんどまたはまったく伝えず、したがって、ほとんど価値がない。入射光42の残りの部分50は、動脈壁13を貫通する。この貫通光50のいくらかは吸収される。残りの部分52は、壁13の後方の構造48によって散乱させられる。この残りの部分52のさらに小さな部分は、散乱した後、再び動脈壁13を通過し、管腔54に再入する。最初に壁に入射した光のこの残りの部分は、本明細書では「再入光52」と呼ばれ、動脈壁13の後方の構造48に関するかなりの情報を伝える。したがって、遠位先端アセンブリ22はこの再入光52を回復する。
【００２３】
この限られた量の再入光52を回復するうえでの第1の段階は、動脈壁13の、この光52が管腔に再入することが予想される部分を識別することである。図4に示されているように、再入光52は、正反射した光46から半径方向に分離される環状体に沿って管腔に再入する傾向がある。この半径方向の分離の範囲は、再入光52の光子が散乱する前に動脈壁13を越えて貫通した範囲に概ね相当する。したがって、動脈壁13は、光の同心リングに分割されるとみなすことができる。再入光52の光子が管腔54に再入光する特定の光リングは、その光子が動脈壁13の後方に貫通した深さに概ね相当する。
【００２４】
再入光52を取り込む1つの手法は、これらの光リングの1つの断面から光を取り込むように遠位先端アセンブリ22を構成することである。この手法の欠点は、取り込まれる光が、利用可能な再入光52の小さな部分に過ぎないことである。これよりもずっと良い手法は、再入光52が管腔54に再入するリングに遠位先端アセンブリ22の視野ができるだけ一致するように、遠位先端アセンブリ22を構成することである。
【００２５】
図3Aに詳しく示されている遠位先端アセンブリ22は、これらの光リングのうちの1つから放出された光を優先的に収集することによって、正反射した光46を再入光52から分離する。遠位先端アセンブリ22内で、環状のウェッジ・プリズム56が近位レンズ58と遠位レンズ60との間に配置されている。ダブル・クラッド・ファイバ14の遠位面62は近位レンズ58と光学的に通信するように保持されている。ミラーやプリズムなどのビーム・リディレクタ64が、遠位レンズ60と光学的に通信するように保持されている。
【００２６】
環状のウェッジ・プリズム56は、ファイバ・コア18の半径に相当する半径を有するコア・ゾーン66と、内側クラッディング層20の内径および外径に相当する内径および外径を有する環状のウェッジ・ゾーン68とを有している。
【００２７】
コア・ゾーン66は、ファイバ・コア18から現れた光が、妨害されずに環状のウェッジ・プリズム56を通過するのを可能にする。したがって、コア・ゾーン66は、どちらもダブル・クラッド・ファイバ14の遠位面62に平行である平面状の近位表面および遠位表面を有する穴または透光材料である。
【００２８】
環状のウェッジ・ゾーン68は、動脈壁13上の選択された光リングから現れた光を取り込み、壁13上の他のリングから現れた光を排除する。環状のウェッジ・ゾーン68は次に、取り込んだ光を内側クラッディング層20内に送る。動脈壁13上の光リングの内径および外径は、ウェッジ・ゾーンの視野によって調節される。図示の態様では、ウェッジ・ゾーン68は、内側クラッディング層20の遠位面に平行な平面状の近位面70と、ダブル・クラッド・ファイバ14の遠位面62に対して傾いた円錐状の遠位面72とを有している。
【００２９】
図3Aでは、傾斜の勾配は、ウェッジ・ゾーン68が、コア・ゾーン66との境界の所で最も厚く、ウェッジ・ゾーン68自体の周囲において最も薄くなるように選択される。これは、環状のウェッジ・プリズム56と遠位レンズ60との間の距離が遠位レンズ60の焦点距離よりも短い場合に相当する。図3Bに示されている他の構成では、傾斜の勾配は、ウェッジ・ゾーン68が、その周囲において最も厚く、コア・ゾーン66との境界の所で最も薄くなるように選択される。これは、環状のウェッジ・プリズム56と遠位レンズ60との間の距離が遠位レンズ60の焦点距離よりも長い場合に相当する。
【００３０】
図3Aに示されているように、ダブル・クラッド・ファイバ14のファイバ・コア18を通って伝搬する送達ビーム74は、近位レンズ58を通過し、ウェッジ・プリズム56のコア・ゾーン66を通過する。この送達ビーム74は遠位レンズ60に入射し、遠位レンズ60はビーム74を焦点に送る。ビーム・リディレクタ64は、送達ビーム74を遮断し、半径方向外側に動脈壁13に送る。
【００３１】
この間、血管の管腔に存在する散乱光はビーム・リディレクタ64に入射する。この散乱光の、動脈壁13上の発光リングから放出された光に相当する部分は、環状の収集ビーム76を形成する。遠位レンズ60は、この収集ビーム76をウェッジ・プリズム56のウェッジ・ゾーン68の方へ送る。ウェッジ・ゾーン68は次に、この光をコリメートして近位レンズ58に送り、近位レンズ58は光をダブル・クラッド・ファイバ14の内側クラッディング層20に集束させる。その結果、遠位先端アセンブリ22によって収集される光は、主として、壁13上の特定の光リングから放出された光になる。
【００３２】
ウェッジ・ゾーンの傾いた遠位表面72の勾配は、ウェッジ・ゾーンの視野とコア・ゾーンの照明野との間の離隔距離を調節する。図5〜7は、環状の収集ビーム76の断面と送達ビーム74の断面を示している。図5に示されているように、ウェッジ・プリズム56に近い位置では、送達ビーム74と収集ビーム76はほぼ重なり合う。図6に示されているように、ウェッジ・プリズム56と遠位レンズ60との間では、送達ビーム74と収集ビーム76は半径方向に分離される。図7において、送達ビーム74および収集ビーム76は、遠位レンズ60による合焦の結果として幅が狭くなっている。
【００３３】
環状のウェッジ・プリズム56をダブル・クラッド・ファイバ14の遠位面から分離する必要はない。たとえば、図8Aおよび8Bに示されているように、環状のウェッジ・プリズム56は遠位面62に接触することができ、それによって、近位レンズ58が不要になる。または、図9Aおよび9Bに示されているように、ダブル・クラッド・ファイバ14の遠位面62をエッチングして、ダブル・クラッド・ファイバ14と一体のウェッジ・プリズム56を形成することができる。図8Aおよび9Aの環状のウェッジ・プリズム56を選択するか、図8Bおよび9Bの環状のウェッジ・プリズム56を選択するかは、環状のウェッジ・プリズム56および周囲の媒体の相対的な屈折率に依存する。環状のウェッジ・プリズム56の屈折率が周囲の媒体の屈折率よりも高い場合、環状のウェッジ・プリズム56は図8Aおよび9Aに示されているような形状を有する。環状のウェッジ・プリズム56の屈折率が周囲の媒体の屈折率よりも低い場合、環状のウェッジ・プリズム56は図8Bおよび9Bに示されているような形状を有する。
【００３４】
環状のウェッジ・プリズム56のビーム方向設定機能は、他の光学要素によって実行することもできる。たとえば、図10に示されているビーム・リディレクタ78は、それぞれの異なる勾配を有する環状のゾーン80と中央ゾーン82とを有している。この場合のビーム・リディレクタ78は、環状のウェッジ・プリズム56と図5に示されているビーム・リディレクタ64との両方の機能を実行する。
【００３５】
環状のウェッジ・プリズム56の機能を実行する光学要素の他の例には、図11に示されているGRIN（「段階状屈折率」）レンズ84がある。図示のGRINレンズ84は、屈折率がコア18に一致する中央サブアパーチャ86と、半径方向に変化する屈折率を有する環状のサブアパーチャ88とを含んでいる。環状のサブアパーチャ88の光学特性としては、収集ビームを内側クラッディング層20内に送るような特性が選択される。
【００３６】
本明細書に記載されたダブル・クラッド・ファイバ14はマルチチャネル・ファイバの一例に過ぎない。対応する複数の光線を運ぶ複数の経路を形成する他のファイバを使用してもよい。そのような場合、レンズ・アセンブリは、マルチチャネル・ファイバ上の空間的に分離された経路に対応する空間的に分離されたゾーンを有するように構成される。たとえば、各層がビームを運ぶことのできるいくつかの環状のクラディング層を有する光ファイバを用いて、いくつかの光リングから同時に光を収集することができる。
【００３７】
さらに、本発明は、光がマルチチャネル光ファイバのそれぞれの異なるチャネル上を移動する方向によって制限されない。たとえば、遠位先端アセンブリ22を用いて壁上のリングを照明し、そのリングの中心の所の点から光を収集することができる。2つよりも多くのチャネルを有するマルチチャネル光ファイバについては、特定のチャネルを、他のチャネルとは無関係に照明または収集に用いることができる。
【００３８】
他の態様
本発明をその詳細な説明において説明したが、上記の説明が本発明を例示するものであり、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を制限するものではないことを理解されたい。他の局面、利点、および修正は特許請求の範囲の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
（図１）  患者における易損性プラークを識別するシステムの概略図である。
（図２）  図1のカテーテルの断面図である。
（図３Ａ）  図1のカテーテルの遠位先端アセンブリの図である。
（図３Ｂ）  図1のカテーテルの他の遠位先端アセンブリの図である。
（図４）  動脈壁に入射した光によって収集ビームがどのように形成されるかを示す図である。
（図５〜図７）  図5の遠位先端アセンブリ内のそれぞれの異なる平面における送達ビームおよび収集ビームの断面図である。
（図８）  環状のウェッジ・プリズムがダブル・クラッド・ファイバに接触する遠位先端アセンブリの図である。
（図９）  環状のウェッジ・プリズムがダブル・クラッド・ファイバと一体である遠位先端アセンブリの図である。
（図１０）  ビーム・リディレクタが空間的に変化する勾配を有する遠位先端アセンブリの図である。
（図１１）  GRINレンズを有する遠位先端アセンブリの図である。
【図１】
2005535413.tif 000003
【図２】
2005535413.tif 000004
【図３Ａ】
2005535413.tif 000005
【図３Ｂ】
2005535413.tif 000006
【図４】
2005535413.tif 000007
【図５】
2005535413.tif 000008
【図６】
2005535413.tif 000009
【図７】
2005535413.tif 000010
【図８】
2005535413.tif 000011
【図９】
2005535413.tif 000012
【図１０】
2005535413.tif 000013
【図１１】
2005535413.tif 000014
【国際調査報告】
2005535413.tif 000015