(57)【要約】連続リアルタイムでの組織同定のためのマルチセンサープローブ（６００）。そのマルチセンサープローブ（６００）は、組織貫入針（６２０）、組織特徴付けに有用な複数のセンサー、および診断を受ける組織内の針の深さを測定する位置センサー（６７０）を含む。そのセンサーとしては、光学散乱吸収分光法センサー、光学干渉ドメイン反射計センサー、電気的インピーダンスセンサー、温度センサー、ｐＯ２センサー、化学センサーおよび組織同定に有用な他のセンサーが挙げられるが、これらに限定されない。そのサンサーは、その針を通って延びる複数の光ファイバーの形態をとることができる。引き込み可能なシース（６３０）を、不使用時に針（６２０）を保護するために針（６２０）の遠位位置の周囲に配置できる。
2005501586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織同定用マルチセンサープローブであって、該マルチセンサープローブは、以下：
細長本体であって、遠位部分、遠位チップ、および該細長本体を通って該遠位チップまで延びる管腔を有する、細長本体；
該細長本体の該遠位チップから光を送達し、受けるように構成される光学散乱および吸収分光センサー；ならびに
該遠位チップが該組織に挿入される深さを測定するように構成される位置センサー、
を備える、マルチセンサープローブ。
【請求項２】
前記プローブの遠位部分上に同軸に配置されるスライド可能なシースをさらに備え、ここで該シースは、前記細長本体の前記遠位部分が前記組織に挿入される際に、該遠位部分から引き込み可能である、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項３】
前記位置センサーは、光学センサー、容量センサー、抵抗センサー、レーザー測距、音波センサー、およびカメラからなる群より選択される、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項４】
前記位置センサーは光学エンコーダである、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項５】
前記位置センサーは前記細長本体に対して相対的な前記シースの位置を読み取るように構成される、請求項２に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項６】
前記マルチセンサープローブの操作用ハンドルをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項７】
前記遠位部分が前記組織に挿入される際に、該組織内の位置を同定するマーキングスイッチをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項８】
前記プローブを使用していないとき、前記シースは、前記細長本体の前記遠位部分を取り囲むように、該シースに該遠位部分を覆わせるスプリングをさらに備える、請求項２に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項９】
前記組織の電気的特性を測定する電気センサーをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１０】
前記電気センサーは、第１の導電性要素および第２の導電性要素を備え、ここで該第１および第２導電性要素は、前記細長本体の遠位チップまで延びる、請求項９に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１１】
前記第１の導電性要素は前記細長本体である、請求項１０に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１２】
前記細長本体は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、金および銀からなる群より選択される材料である、請求項１１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１３】
前記第２の導電性要素は前記管腔を通って延びる、請求項１２に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１４】
プローブについての有用な情報を保存できるメモリデバイスをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１５】
ＯＣＤＲセンサーであって、前記管腔を通って前記遠位チップまで延びる光ファイバーを備えるＯＣＤＲセンサーをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１６】
前記光学散乱および吸収分光センサーは、前記管腔を通って前記遠位チップまで延びる少なくとも３本の光ファイバーを備える、請求項１５に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１７】
前記細長本体は、１８ゲージ針以下の外径を有する、請求項１６に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１８】
ｐＯ２センサーをさらに備える、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項１９】
温度センサーをさらに備える、請求項１８に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２０】
前記温度センサーおよびｐＯ２センサーは、単一光ファイバーを利用する、請求項１９に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２１】
前記細長本体の遠位チップが鋭利である、請求項１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２２】
前記遠位チップは平面を規定し、ここで該平面は、前記細長本体の軸とで角度を形成し、該角度は３０度から７０度の範囲である、請求項２１に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２３】
組織同定用のマルチセンサープローブであって、該プローブは、ケーブルを経てコントローラに接続され、該プローブは、以下：
針であって、遠位チップおよび該記針から該遠位チップまで延びる管腔を有する、針；ならびに
該ケーブルを通って、該コントローラから該管腔を通って該針の該遠位チップまで延びる複数の光ファイバーであって、ここで該複数の光ファイバーのうち少なくとも２本が光学散乱および吸収分光光ファイバーであり、該複数の光ファイバーのうち少なくとも１本がＯＣＤＲ光ファイバーである、複数の光ファイバー、
を備える、マルチセンサープローブ。
【請求項２４】
前記組織に対して相対的な前記遠位チップの位置を測定するために、前記針と連結した線形光学エンコーダをさらに備える、請求項２３に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２５】
図５Ａ〜５Ｈのいずれか１図に示される形状を有する、請求項２３に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２６】
前記針の遠位部分上に同軸に配置されるスライド可能なシースをさらに備え、ここで該シースは、該針が該組織に挿入される際に、該遠位部分から引き込みできる、請求項２３に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２７】
前記位置センサーは、前記針に対して相対的な前記シースの位置を読み取るように構成される、請求項２６に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項２８】
組織を同定する方法であって、該方法は、以下の工程：
請求項１〜２７のいずれか一項に記載されるマルチセンサープローブを該組織内に手動で挿入する工程、
を包含する、方法。
【請求項２９】
組織検出システムであって、
複数の光ファイバーおよび該組織に対して相対的な針の位置を感知するための位置センサーを備える、マルチセンサー針；ならびに
該複数の光ファイバーを通じて光を送達し、収集するように構成されるコントローラであって、ここで該ファイバーのうち少なくとも１本はＯＣＤＲセンサーとして利用され、該光ファイバーのうちの少なくとも１本は光学散乱および吸収分光法に利用される、コントローラ、
を備える、組織検出システム。
【請求項３０】
組織についての電気的情報を感知するために少なくとも１つの電極をさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記針が前記組織に挿入される際に、引き込まれるシースをさらに備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記位置センサーは、前記針に対して相対的な前記シースの前記位置を測定する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
組織同定用のマルチセンサープローブであって、該プローブはケーブルを介してコントローラに接続され、該プローブは、以下：
該プローブを操作するためのハンドル；
該ハンドルに接続された針であって、該針は、遠位部分、遠位チップおよび該針を通って該遠位チップまで延びる管腔を有する、針；
該ケーブルを通して、該コントローラから該管腔を通って該針の該遠位チップへと延びる、複数の光ファイバー；
該針の該遠位部分の周囲にスライド可能に配置されるシースであって、ここで該シースは、該針の該遠位部分が該組織に挿入される際に、該ハンドルに引き込むことができる、シース；ならびに
該ハンドルに対して相対的な該引き込み可能なシースの位置を測定するために該シースに連結した光学位置センサーであって、該位置は、該針の該組織内への挿入の深さに対応する、光学位置センサー、
を備える、マルチセンサープローブ。
【請求項３４】
請求項２３に記載のマルチセンサープローブであって、第１の点まで延びる第１の光収集ファイバーおよび第２の点まで延びる第２の光収集ファイバーを備え、ここで該第１の収集ファイバーおよび第２の光収集ファイバーの各々は、光学散乱および吸収分光法において有用であり、該第１の点は、該第２の点に近位である、マルチセンサープローブ。
【請求項３５】
前記第１の点は、前記第２の点に対して１００μｍから７００μｍまでの近位にある、請求項３４に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項３６】
請求項２３に記載のマルチセンサープローブであって、中心を有する光収集ファイバーおよび中心を有する発光ファイバーを備え、ここで該光収集ファイバーの該中心は、該発光ファイバーの該中心より１７５μｍから５００μｍ離れている、マルチセンサープローブ。
【請求項３７】
前記光収集ファイバーの前記中心は、前記発光ファイバーの前記中心より３００μｍから５００μｍ離れている、請求項３６に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項３８】
前記細長本体が、導電性ポリマーより作製される、請求項１０に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項３９】
前記メモリデバイスは、前記プローブが組織同定手順において以前に用いられたかどうかを検出するように構成される、請求項１４に記載のマルチセンサープローブ。
【請求項４０】
前記メモリデバイスが、前記プローブを１回より多く用いることを防ぐように構成される、請求項３９に記載のマルチセンサープローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は組織同定に関し、特にインビボでの癌組織同定のためのマルチセンサープローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
米国において毎週約１９，０００件の開胸胸部生検が女性に対して実施されているが、約３０００の癌が発見されるだけである。このように、生検の約８５％が不要である。このことは、約１６，０００人の女性は、胸部における癌組織診断の不正確さのために、米国において毎週、開胸生検を必要もないのに受けることを意味している。
【０００３】
開放胸部直視下生検は、侵襲性かつ外傷性であるため患者にとって極めて望ましくない。外科的生検において、異常な疑わしい位置は、薄い有鉤ガイドワイヤによりマークされることになる。外科医は、疑わしい異常位置までガイドワイヤを進め、疑わしい領域を切除する。開放直視下生検は、生検の最も通常の形態であるが、侵襲性で痛みを伴い、患者にとって望ましくない。開胸生検はまた、将来、マンモグラムの診断能力を不明瞭にする恐れのある瘢痕組織を残す可能性があり、患者に大きなハンディキャップをもたらすことになる。
【０００４】
生検の他の形態は、大型コア針生検（１４ゲージ針）である。標準的なコア生検法では、１ｍｍ×１７ｍｍコアの組織を取り出す。大型コア針生検は外科的生検よりも観血性が少ないが、依然として望ましくない組織量を取り出す。
【０００５】
さらに他の生検の形態は、定位細針吸引生検法（stereo tactic fine needle aspiration biopsy）である。このタイプの生検においては、小量の細胞が細胞学的分析用に吸引される。この手法の侵襲性は最少である。しかしながら、定位生検法による欠点は、正確性に乏しいことである。この正確性の乏しさは、小さなサンプルサイズの結果、正確な細胞診断が困難になるためである。
【０００６】
典型的な生検法の他の欠点は、切除組織サンプルを検討し、分析するために、検査室に必要とされる時間の長さである。この待ち時間は、最初の検査から最終診断まで平均して約２ヵ月かかることがある。その結果、多くの女性は、最終決定を待っている間、強い不安を受ける可能性がある。
【０００７】
種々の方法およびデバイスは、癌組織と非癌組織との間を区別するための努力の結果、組織の物理的特性を測定するために開発されてきた。例えば、Ｓｔｒｏｂｌらの米国特許第５，３０３，０２６号（Ｓｔｒｏｂｌ特許）は、生体組織などの散乱媒体の分光分析に関する装置および方法を記載している。より具体的には、Ｓｔｒｏｂｌ特許は、多重励起波長が適用される組織サンプルから蛍光情報、反射情報、散乱情報、および吸収情報の発生および収集をリアルタイムで行う装置および方法を記載している。
【０００８】
Ｔｉｅｍａｎｎらの米国特許第５，３４９，９５４号はまた、組織を特徴付けるための機器を記載している。この機器は、とりわけ、モノクロメーターから針を通って所望の組織領域に光を送達させるための中空針を備えている。組織領域からの後方散乱光を検出するために、シャフトから外側に面した感光面を有するフォトダイオードが針のシャフトに据え付けられている。
【０００９】
Ｃｏｐｐｌｅｓｏｎらの米国特許第５，８００，３５０号は、組織タイプ認識用装置を開示している。特に、装置は、組織と接触し、組織を、複数の種々の刺激（例えば、電気、光、熱、音、磁気など）に組織を供し、刺激に対する複数の物理的応答を検出するように構成されたプローブを備える。前記装置はまた、組織を分類するために、応答を組合わせて処理するプロセッサを備える。この処理により、装置のオペレータに提供されている組織タイプ（たとえば、正常、前癌／癌または不明）の表示がリアルタイムで生じる。
【００１０】
Ｍａｈらの米国特許第６，１０９，２７０号（Ｍａｈ特許）は、組織を特徴付けするためのマルチモダリティー機器を開示している。Ｍａｈ特許に示される一構成において、組織同定用のマルチモダリティー機器を有するシステムは、マルチセンサーチップを備えるコンピュータ制御モーター駆動の発見的プローブを含む。
【００１１】
上記にもかかわらず、複数の組織特性のリアルタイム分析を提供でき、便利で信頼できるマルチセンサープローブの必要性が依然としてある。特に、本発明に従うマルチセンサープローブおよびシステムが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
本発明は、細長本体を含む組織同定用のマルチセンサープローブであって、この細永本体は、遠位部分、遠位チップおよび細長本体から遠位チップに延びる管腔を有する。さらにそのプローブは、細長本体の遠位チップからの光を送達し、受けるように構成された光学散乱および吸収分光（ＯＳＡＳ）センサー、また遠位チップが組織内に挿入される深さを測定するように構成された位置センサーを備える。適切な位置センサーとしては、限定しないが、光学センサー、容量センサーまたは抵抗センサーが挙げられる。
【００１３】
本発明のバリエーションとしては、そのプローブが、細長本体の遠位部分上に同軸に配置されるスライド可能なシースをさらに備える上記のマルチセンサープローブが挙げられる。そのシースは、細長本体の遠位部分が組織内に挿入されるとき、遠位部分から引き込むことができる。１つのバリエーションにおいて、位置センサーは、細長本体に対して相対的なシースの位置を読み取るように構成される。
【００１４】
本発明の他のバリエーションとしては、そのプローブが、電気センサーをさらに備える上記のマルチセンサープローブが挙げられる。その電気センサーは、組織の電気的特性を測定するように構成される。その電気センサーは、第１の導電性要素および第２の導電性要素を備える。第１の導電性要素および第２の導電性要素は、細長本体の遠位チップに延びる。１つのバリエーションにおいて、細長本体は第１の導電性要素である。第１の導電性要素に適切な材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、金、銀および他の導電性材料である。
【００１５】
本発明の他のバリエーションとしては、そのプローブが、プローブについて有用な情報を保存できるメモリデバイスをさらに備える上記のマルチセンサープローブが挙げられる。
【００１６】
本発明の他のバリエーションとしては、遠位部分が組織内に挿入されるとき、組織内の位置をマークするするために、そのプローブが、スイッチまたはプッシュボタンをさらに備える上記のマルチセンサープローブが挙げられる。
【００１７】
本発明の他のバリエーションとしては、そのプローブが、追加のセンサーをさらに備える上記のプローブが挙げられる。このバリエーションにおいて、そのマルチセンサープローブは、管腔から遠位チップにわたって延びる光ファイバーを有する光学干渉性ドメイン反射（optical coherence domain reflectometry）（ＯＣＤＲ）センサーをさらに備える。他のバリエーションにおいて、そのプローブは、ｐＯ２センサーおよび温度センサーをさらに備える。１つのバリエーションにおいて、温度センサーおよびｐＯ２センサーは、単一光ファイバーを利用する。
【００１８】
本発明の他のバリエーションとしては、そのプローブが、１８〜２１ゲージ針の形態をさらに備える上記のマルチセンサープローブが挙げられる。１つのバリエーションにおいて、針は鈍化している。他のバリエーションにおいて、針は鋭くなっている。さらに他のバリエーションにおいて、針は切断されて、７０°未満、好ましくは４０度から６０度の範囲の角度で研磨されている。
【００１９】
本発明の他のバリエーションとしては、組織同定用マルチセンサープローブが挙げられる。そのプローブは、ケーブルを経てコントローラに接続される。そのプローブは、プローブを操作するハンドルおよびハンドルに接続された針を含む。複数の光ファイバーが、ケーブルを通ってコントローラから管腔を通り針の遠位チップまで延びる。そのプローブはまた、針の遠位部分の周囲にスライド可能に配置されるシースを特徴としている。そのシースは、針の遠位部分が組織内に挿入される際、ハンドル内に引き込むことができる。この変計において、プローブは、ハンドルに対して相対的な引き込み可能なシースの位置を測定するためのシースに連結した光学位置センサーを含む。
【００２０】
本発明の他のバリエーションとしては、組織同定用マルチセンサープローブが挙げられる。そのプローブは、遠位チップを有する針、針を通って遠位チップに延びる管腔、およびコントローラからケーブルを通って管腔を通り針の遠位チップまで延びている複数本の光ファイバーを含む。このバリエーションにおいて、複数の光ファイバーのうちの少なくとも２本は、光学散乱ファイバーおよび吸収光ファイバーであり、複数の光ファイバーのうちの少なくとも１本は、ＯＣＤＲ光ファイバーである。１つのバリエーションにおいて、マルチセンサープローブは、組織に対して相対的な遠位チップの位置を測定するために針に連結した線形光学エンコーダをさらに備える。
【００２１】
本発明の他のバリエーションとしては、図５Ａ〜５Ｈのいずれか１つの図に示されるように構成された複数のセンサーを有するマルチセンサープローブが挙げられる。このバリエーションもまた、針の遠位部分上に同軸に配置されるスライド可能なシースを特徴とし得る。そのシースは、針が組織内に挿入される際に遠位部分から引き込み可能である。このバリエーションはまた、針に対して相対的なシースの位置を読み取るように構成された位置センサーを含む。
【００２２】
本発明の他のバリエーションは、上記プローブのいずれか１つに列挙されるマルチセンサープローブを手動で挿入することを含む組織を同定する方法を含む。
【００２３】
本発明のさらなる他のバリエーションは、複数の光ファイバーと組織に対して相対的な針の位置を決定するための位置センサーと備えるマルチセンサー針を含む組織検出システムである。そのシステムはまた、少なくとも１本のファイバーがＯＣＤＲセンサーとして利用され、また少なくとも１本の光ファイバーが光学散乱および光学吸収用に利用される複数の光ファイバーにより光を送達し、集めるように構成されたコントローラを含む。
【００２４】
本発明のさらなる局面および特徴は、以下の詳細な説明にある程度示され、以下の検討の際に当業者にとってある程度明らかとなり、あるいは本発明の実施により教示され得る。
【００２５】
（詳細な説明）
本発明は、癌組織などの組織を同定するマルチセンサープローブおよびシステムを含む。そのマルチセンサープローブを組織に挿入し、組織に貫入させながら組織の複数の特性を連続的に測定できる。処理モジュールは、限定はしないが、プローブから受けた情報を含む情報に基いて組織を特徴付けするために提供できる。本発明は、医師がプローブを組織内に挿入させている間、その医師に結果を都合よくディスプレイ（リアルタイムで）するグラフィカルインターフェースをさらに含むことができる。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１Ａ〜１Ｃは、本発明の適用時における実施形態を例示する。図１Ａを参照すると、マルチセンサープローブ１０が、胸部組織２０に挿入されていることを示している。マルチセンサープローブ１０は、手動でプローブを操作するためのハンドル１４とハンドルから延びる針１６とを備える。その針の遠位チップは、位置Ａに示され、疑わしい病巣部３０に対して向けられている。図１Ｂは、位置Ｃにおける疑わしい病巣部３０内にある針の遠位チップを示している。
【００２７】
プローブ１０は、癌組織などの組織を同定する上で有用である、組織特性を測定するための複数のセンサーを備える。そのセンサーは、例えば、プローブチップへ、またプローブチップから光を受け伝達する光ファイバーを含む、多くの形態をとることができる。また、そのプローブの位置または深さは、プローブ１０が組織２０に挿入される際に測定される。これらの測定値は、プローブが組織を貫入する際にリアルタイムでとられ、連続的に処理されることが好ましい。
【００２８】
図１Ｃは、図１Ａおよび１Ｂに例示された方法のグラフィック出力４０を示す。特にグラフ４０は、深さ（または位置）の関数としての組織特性の連続測定を示す。位置Ａは正常組織に対応し；位置Ｂは病巣部の境界または端に対応し；位置Ｃは病巣部３０の中心に対応し；位置Ｄは病巣部３０に対して遠位にある正常組織に対応する。グラフィカル出力４０の検討により、医師はリアルタイムで胸部組織内の疑わしい病巣部を診断できる。
【００２９】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明に従ったプローブの遠位部分の拡大図を示す。図２Ａを参照すると、プローブ１００が、細長本体２００およびそれを通って延びる管腔２０５を有していることが示されている。複数の光ファイバーが、管腔２０５を通って細長本体の遠位端に延びている。光ファイバーは、細長本体の遠位端で輝くことが好ましい。ファイバーまたはセンサーは、プローブが同定を受ける組織を貫入する際に組織と接触するか、あるいはほぼ接触することが好ましい。本明細書中以降、センサーとしては、感知用に用いられる１本以上の光ファイバー、感知用に用いられる１つ以上の導体、感知用に用いられる１つ以上の他のデバイスまたはそれら任意の組合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３０】
細長本体２００は、例えば、１８ゲージから２１ゲージの皮下タイプ針であり得る。その細長本体は、０．５ｃｍから２０ｃｍ、より好ましくは４ｃｍと１０ｃｍの間の範囲の長さを有することができる。細長本体に適切な材料は、金属およびプラスチックである。細長本体または針に好ましい材料はステンレス鋼である。適切なステンレス鋼チューブは、Ｖｉｔａ  Ｎｅｅｄｌｅ（Ｎｅｅｄｈａｍ，ＭＡ）から入手できる。しかしながら、細長本体２００は他の材料から構成でき、また他のサイズを有することができる。
【００３１】
図２Ａに示された針２００は、鋭利な遠位端を特徴とする。その遠位端は、光ファイバーと他のセンサーとを針内に配置後、切断し磨くことが好ましい。光ファイバーを針内に配置後、針の切断により、針の遠位チップで光ファイバーを切断し、輝かせることが可能となる。針の先端は、角度θが７０度未満、通常３０度と７０度との間、最も好ましくは４０度と６０度との間で切断し磨くことが好ましい。７０度未満の角度は、鋭利な先端が組織を容易に貫入することから好ましい。しかし、細長本体の遠位端を鈍化させることもできる。鈍化チップは脳組織などの軟組織を貫入させるのに適切であり得る。
【００３２】
針または細長本体は、組織に挿入する際にプローブの位置または深さを決定するために読み取り可能な、そうでなければ、検出可能な外側マーキングを含む。マーキングは、カメラまたはこの方法の検査師により読み取ることができる。適切なマーキングとしては、バーコード、磁気コード、抵抗コード、および移動するデバイスの位置情報を提供できる任意の他のコードが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３３】
図２Ｂは、針２００の端面図を示し、本発明による一センサー形状を例示する。特に、導体２５０は、管腔２０５の中心に配置され、複数の光ファイバー２１０、２２０、２３０、２４０が導体２５０の周囲に配置されていることを示す。光ファイバーは、さらに下記に考察されるように、それらの用途に依って単一モードまたはマルチモードであり得る。
【００３４】
光ファイバーおよび導体は、例えば、ＴＲＡＣＯＮ、Ｉｎｃ．（Ｂｅｄｆｏｒｄ，ＭＡ）により製造されたＦ１１４エポキシなどの生体適合性化合物を用いて管腔２０５内に接着されることが好ましい。接着化合物を管腔に詰めることにより、プローブが組織内に挿入される際に、組織が針チップ内に入ることが防がれる。
【００３５】
あるいは、センサーは、プローブ内に成形または形成できる。例えば、生体適合性ポリマー材料は、個々のセンサーの周囲に同軸に形成されて、それに接着された光ファイバーを有する固体ポリマー針を形成することができる。
【００３６】
そのファイバーはまた、迷光がファイバーに入ることを防ぐ反射層または金属層により被覆されることが好ましい。適切な被覆は、例えば、２０００Ａアルミニウム被覆である。
【００３７】
光ファイバーは、針２００が組織に挿入される際に、組織特性を測定するために使用される。例えば、光ファイバー２１０、２２０および２３０は、光学散乱および吸収分光法（ＯＳＡＳ）センサーとして使用でき、光ファイバー２４０は、光学干渉性ドメイン反射測定（ＯＣＤＲ）センサーとして使用できる。ＯＣＤＲ光ファイバー２４０は、針の先端２５５に示されるが、本発明はそれに限定されない。例えば、ＯＳＡＳセンサーに用いられる光ファイバーは、針の先端２５５に配置できる。幾つかの適用では、１本のファイバーまたはワイヤを先端に配置させ、その結果、他のセンサーよりも組織内により深く延ばすことが望ましい。
【００３８】
（光学散乱および光学吸収分光法）
光ファイバー２１０、２２０および２３０は、光学散乱および吸収分光法（ＯＳＡＳ）センサーとして構成できる。光学散乱および吸収分光法は、標的サンプルを測定するために光学散乱および吸収データを使用する種々の光学測定技術を含むことが理解されるべきである。ＯＳＡＳ法の非限定例としては、弾性散乱分光法および非弾性散乱分光法が挙げられる。
【００３９】
図３は、１つの例示的な光学散乱および吸収分光システムの略図である。図３に示される光学システムにおいて、プローブ針内の２本の光ファイバー、すなわち、１つ以上の光源から組織へ光を送達させる照明ファイバー、ならびに組織から散乱光子を受けて検出器に送達させる収集ファイバーは、散乱光測定のために存在する。プローブチップにおけるファイバーからの光は、組織に入り、吸収され、散乱される。組織内の多重散乱事象後に、入射光の一部は照明ファイバー近くに位置する収集ファイバーに入る。収集された光は、ファイバーによって輸送され機器本体に戻され、ここで格子分光計およびＣＣＤ検出器が波長の関数として散乱光強度を測定する。次にこの測定強度は、正常組織散乱光に関する測定強度と比較され得る。格子分光器およびＣＣＤ検出器を用いる代わりに、散乱光は、異なる光シグナルを分離するために光学フィルタを使用する一連の検出器により測定できる。光源が多重ＬＥＤまたはレーザーを含む場合、電子フィルタにより異なる色を分離するために、従来の変調技術が使用できる。
【００４０】
各光源は、単一波長（例えば、レーザー）、狭域バンド波長（例えば、ＬＥＤ）、または広域バンド波長（例えば、キセノンフラッシュランプ）での光を提供でき、これらの光は、正常組織または良性組織に対して悪性腫瘍組織により差示的に吸収されると考えられている。例えば、幾つかの悪性乳癌は４５０〜５００ｎｍのスペクトル範囲で、正常胸部組織よりも相対的に少ない光を吸収することが最近示された。例えば、Ｂｉｇｉｏら、Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ｏｆ  Ｂｒｅａｓｔ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌａｓｔｉｃ−Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｒｅｓｕｌｔｓ、Ｊｏｕｒ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔｉｃｓ  ５，２２１−２２８（２０００）および米国特許第５，３０３，０２６号を参照されたい。同様に、６６０ｎｍまたは９４０ｎｍ領域における吸収差は、悪性腫瘍の別のインジケータであると考えられる脱酸素ヘモグロビンを表示している。
【００４１】
このように、図２Ｂに示される３本の光ファイバー（２１０、２２０および２３０）の組合わせにより、遠位チップ近くの組織の光学吸収特性および散乱特性を推定できる。図２Ｂに示される形状において、光ファイバー２１０は、典型的に２００ｎｍから２０００ｎｍの範囲のスペクトルにおいて電磁照射を放射し、収集するためのマルチモードの光ファイバーであり得る。光ファイバー２２０および２３０はまた、ファイバー付近の組織を通って伝播する光を収集するためのマルチモードの光ファイバーであり得る。マルチモードを支持できるファイバーは、整列がより容易であり、空間的に非干渉性の光を収集し、輸送するのに、より有効であることから好ましい。
【００４２】
図２Ａに示されたプローブは、光収集ファイバー２２０に近位の点まで延びるＯＳＡＳ光収集ファイバー２３０を示すことに注意されたい。本発明は、それに限定されず、細長本体２００内の同一または異なる点まで多重光収集ファイバーまたは他の光ファイバーを延ばすことを含む。適切な形状としては、例えば、針に沿って第１の点まで延びる第１の光収集ファイバーおよび第２の点まで延びる第２の光収集ファイバーが挙げられ、その第１の点は、その第２の点から１００μｍから７００μｍ、より好ましくは１００μｍから４００μｍの近位にある。同様に、１本以上の光収集ファイバーは、発光ファイバーのチップに等しい点、近位点または遠位点まで延ばし得る。等しい位置に延ばさない場合、分離距離は、１００μｍから７００μｍ、より好ましくは１００μｍから４００μｍであり得る。このように、上記のファイバーは、角度をつけたまたは「鋭利な」針ならびに鈍化針の遠位チップまで延ばす（および同一平面にある）ことができる。上記の光ファイバーのスタガリング（staggering）により、収集ファイバーに伝わる光子の経路の長さを増加させることもできる。これにより、より長い平均自由経路が作られ、吸収が重要因子である低濃度に対してより鋭敏な機器を製作できる。
【００４３】
収集ファイバー２２０および２３０は、放射ファイバー２１０から半径方向に離れて間隔が保たれていることにも注意されたい。光収集ファイバー２３０から発光ファイバー２１０までの適切な（中心から中心）距離Ｄ１は、約１７５μｍから４００μｍである。光収集ファイバー２２０から発光ファイバー２１０への適切な（中心から中心）距離Ｄ２は、約３００μｍから５００μｍである。もちろん、より大きな内径を有する針を用いる場合、ファイバーは、より大きな距離で分離できる。
【００４４】
（光学干渉ドメイン反射測定法）
図２Ｂのマルチセンサープローブ１００はまた、光学干渉ドメイン反射測定法（ＯＣＤＲ）を実施するために使用できる光ファイバー２４０を特徴とする。ＯＣＤＲは、高散乱組織内に１〜３ｍｍを画像化するために使用できる光学技術である。その技術は、媒体内への深さの関数として後方散乱（または透過）光を正確に測定するためにマイケルソン干渉計と連結して光輝の低干渉源を利用することができる。適切な干渉計は、例えば、Ｏｐｔｉｐｈａｓｅ（Ｖａｎ  Ｎｕｙｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）により製造されたモデル５１０である。
【００４５】
本発明で使用できる１つのＯＣＤＲシステム４００の略図を図４に示す。低干渉性スーパー発光ダイオード４１０からの光学出力が、光ファイバーカップラー４２０内で分割され、サンプル４３０および干渉計の基準アームに向けられる。基準ミラー４４０からの反射およびサンプルからの後方散乱光は、スプリッタで再結合（recombine）され、検出器４５０に伝播される。検出器における強めあう干渉は、サンプルおよび基準光学経路長が、光源の長手方向の干渉の長さ（典型的には＜１５ミクロン）内にある場合にシグナルを生じる。基準アーム内の走査ミラーを、サンプル内の検出点を走査するために用いることにより、超音波中のＡ走査と類似の単一線走査を生じさせる。この単一線走査は、時には光学干渉ドメイン反射測定法（ＯＣＤＲ）と称される。
【００４６】
ＯＣＤＲに用いられる光ファイバー２４０は、単一モードファイバーであることが好ましい。光ファイバー２４０の適切な内径は、１２５ミクロンである。ＯＣＤＲセンサーは、光学放射の光ファイバー２４０の円錐体により規定された単一線に沿って組織の光学特性についての情報を提供できる。この線に沿った軸空間分解能は、光源の空間コヒーレンスによって決定され、典型的には１５ミクロン未満である。横空間分解能は、光ファイバーおよび組織の屈折率によって決定され、ファイバーチップ付近の５ミクロンから組織内の数百ミクロン、数ｍｍまで変えることができる。
【００４７】
上記の単一線走査に加えて、断面画像または光学干渉断層撮影法（ＯＣＴ）画像が、サンプルを横切って光ファイバーを走査し、各位置における軸走査を収集することにより生じる。ＯＣＴ技術は、Ｄ．Ｈｕａｎｇら、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２５４、１１７８（１９９１）およびＳｗａｎｓｏｎら、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １７、１５１（１９９２）において議論されている。
【００４８】
本発明により使用できる他のＯＣＤＲおよびＯＣＴシステムは、Ｃｏｌｓｔｏｎら、Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｏｆ  Ｈａｒｄ  Ａｎｄ  Ｓｏｆｔ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｉｎ  Ｔｈｅ  Ｏｒａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｂｙ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ  ３７、３５８２（１９９８）；Ｓａｃｈｙａｍら、Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｉｎ  Ｔｕｒｂｉｄ  Ｍｅｄｉａ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｗｏ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ３８、２０９７（１９９９）；米国特許第５，４５９，５７０号；米国特許第６，１７５，６６９号；および米国特許第６，１７９，６１１号、に記載されている。
【００４９】
（電気的インピーダンス）
図２Ａおよび図２Ｂに示されるプローブ１００は、電気的インピーダンスセンサーをさらに備える。この実施形態において電気的インピーダンスセンサーは、導電性の細長本体２００および導体２５０を備える。この形状における細長本体に適切な材料としては、導電性金属ならびに導電性ポリマーが挙げられる。細長本体２００および導体２５０の遠位チップは、プローブが組織に挿入される際に組織に接触する。このように、インピーダンスセンサーは、プローブチップ近くの組織の電気的インピーダンスを含む種々の電気的特性を測定できる。
【００５０】
好ましい実施形態において、電気的インピーダンスは１ｋＨｚから４ｋＨｚの範囲、好ましくは５、１０、５０、１００、２００、５００、１０００ｋＨｚであり得る多重周波数で測定される。電気的インピーダンスは、特に他の組織特性と組合わせると、組織を特徴付けする上で有用であると考えられる測定の一つである。
【００５１】
要約すると、図２Ａおよび図２Ｂは、本発明に従ってＯＳＡＳセンサー、ＯＣＤＲセンサー、および電気的インピーダンスセンサーを有するマルチセンサープローブ１００を例示している。
【００５２】
（他のセンサー形状）
本発明のセンサー形状は、広範囲に変えることができ、程度の差はあれ、上記のセンサー形状以外のセンサを組み込むことができる。
【００５３】
図５Ａから５Ｈは、本発明に従った種々のセンサー形状を有するマルチセンサープローブの断面図を例示している。これらの図に示された形状は例示的なものであり、添付の請求項により定義される本発明を限定する意図はない。
【００５４】
図５Ａ〜５Ｈの各々において、針または細長本体５００は、ＯＳＡＳ光ファイバー５１０；ＯＣＤＲ光ファイバー５２０；電気的インピーダンス電極５３０；ｐＯ２光ファイバー５５４；温度とｐＯ２との組合わせの光ファイバー５５０；温度センサー５６０；化学センサー５７０を含む複数のセンサーの周囲を囲っている。
【００５５】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、針は、電気的インピーダンスなどの電気的特性を測定するために、１本以上のＯＳＡＳ光ファイバー５１０、１本以上のＯＣＤＲ光ファイバー５２０、および１つ以上の導電体５３０を備える。図５Ａ〜５Ｃの各々において、細長本体５００は導電性であり、また、インピーダンスセンサー用導電性要素の１つとして使用される。その結果、図５Ｃにおいて電気的インピーダンスセンサーは、３つの伝導性要素を含む。
【００５６】
図５Ｄに例示されたプローブは、細長本体５００が電気的インピーダンスを感知するのに使用される導電体でないこと以外、図５Ｃに示されたものと同一である。細長本体５００は、この形状においてポリマー材料などの非導電性材料から作製できる。
【００５７】
図５Ｅ〜５Ｇに示されるように、他のセンサーを細長本体５００内に含むことができる。図５Ｅ〜５Ｇに示されるプローブは、それぞれｐＯ２センサー５４０、温度／ｐＯ２センサー５５０、および温度センサー５６０をさらに含む。
【００５８】
温度およびｐＯ２測定は、異常組織の同定に有用であると考えられている。悪性腫瘍は、隣接する正常組織または良性腫瘍に対してｐＯ２の減少および温度レベルの上昇により特徴づけられることが多い。ｐＯ２を測定するための１つの便利な全光学的方法は、酸素の存在によりクエンチされる色素の蛍光によるものである。このアプローチにおいて、プローブ針内に含まれる光ファイバーのチップは、適切な蛍光材料の薄層により被覆されている。ファイバーのチップは針のチップにあり、組織と直接接触している。蛍光材料は、例えば、ファイバーの近位端にて機器置本体に配置される青色ＬＥＤによって励起され、また、例えば、材料により放射される赤色蛍光はファイバーにより収集されてファイバーの近位端に戻され、そこでレッド蛍光はスペクトル的に、あるいは他の方法で励起光から分離される。色素の蛍光寿命は、周囲組織から材料内に放散する酸素量に逆比例的に依存する。
【００５９】
その寿命は、励起光が好都合な周波数で変調され、蛍光シグナル相が、励起相に相対して測定される方法によって正確に測定できる。Ｈｏｉｓｔら、Ａ  Ｍｉｃｒｏｏｐｔｏｄｅ  Ａｒｒａｙ  Ｆｏｒ  Ｆｉｎｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｏｆ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ３８〜３９、１２２〜１２９（１９９７）を参照されたい。蛍光シグナル相は寿命に依存することから、相測定は、被覆均一性またはファイバー透過喪失によって影響を受けないｐＯ２を測定する便利な方法を提供する。本発明に組み込むことができる適切な酸素センサーは、例えば、ＰｒｅＳｅｎｓ  ＧｍｂＨにより製造された光ファイバー酸素マイクロセンサーである。
【００６０】
温度もまた、ｐＯ２を測定するために用いられた方法と本質的に同一である全光学的技術により測定できる。Ｋｌｉｍａｎｔら、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ：Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ  Ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  ００  １−９（１９９６）を参照されたい。温度の場合、寿命が温度に関連する異なる蛍光材料が、ファイバーチップ上に被覆される。酸素検出用の相−蛍光検出スキームと同様の相−蛍光検出スキームは、温度検出センサー用に恐らく、異なる励起波長および異なる変調周波数により使用できる。
【００６１】
温度および酸素センサーを、１本の光ファイバーに組み込むことができる。これは図５Ｇに示されるプローブに例示している。酸素と温度の組み合わせセンサー５６０は、例えば、２種の色素、すなわち、酸素に対応する１種の色素および温度に対応する１種の色素で被覆されたチップを有し得る。温度および酸素検出の他の局面は、上記の検出法および処理技術と同様である。
【００６２】
図５Ｅ〜５Ｇに示されたマルチセンサープローブはまた、ＯＳＡＳセンサー５１０、ＯＣＤＲセンサー５２０、およびインピーダンスセンサー５３０を含む。図５Ｅ〜５Ｇにおいて、細長本体５００は導電性であり、電気的インピーダンスセンサーにおいて導体の１つとして使用される。
【００６３】
図５Ｈは、化学センサーを有するさらに他のセンサー形状を例示している。適切な化学センサーは、貫入される組織に反応する物質（例えば、触媒）およびイオンセンサーを含むことができる。図５Ｈのマルチセンサープローブもまた、ＯＳＡＳセンサー５１０、ＯＣＤＲセンサー５２０、およびインピーダンスセンサー５３０を含む。細長本体は、インピーダンスセンサー用の第２の導体要素として作動する。
【００６４】
示していないが、剛性／弾性センサー、蛍光センサー、速度および加速度測定センサー、圧力変換器またはチューブセンサー、および細長本体の管腔内に適合できる限り、任意の他のセンサーまたはツールなど、他のセンサーを細長本体５００内に組み込むことができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
本発明に従った他のマルチセンサープローブ６００を図６に示す。マルチセンサープローブ６００は、ハンドル６１０および細長本体またはハンドルの遠位端から延びる針６２０を含む。針６２０はスライド可能なシース６３０内に示される。
【００６６】
シース６３０は、針が組織内に挿入される際にハンドル６１０内に引き込むように構成される。引き込んでいないとき、スライド可能なシース６３０は、偶発的な針の露出がないように保護するために針６２０を覆う。シース６３０は、スプリングなどの弾性部材６６０を用いて針が覆される。そのスプリングは、そのシースに接続し、針の完全長にわたるシースを覆う力が付与される。しかしながら、弾性部材６６０によって付与された力は、組織内への針の操作を妨害するほど大きくはない。したがって、針が組織内に挿入される際にシースが容易に引き込めるように、その弾性部材を選択または調整する。シースに適切な材料としては、ポリマー製材料、好ましくは硬質性のものが挙げられる。
【００６７】
マルチセンサープローブ６００はまた、ロッキングリング６６５などのロッキング部材を含むことができる。ロッキングリング６６５は、ロッキングリングが回転するまでシースの動きを防ぐように設定され得る。針を覆うシースのロッキングは、偶発的な針の露出を防ぐことを補助する。
【００６８】
図６に示されたマルチセンサープローブは、ハンドル６１０内のシャフト６４０を特徴とする。そのシャフトはハンドル内に取り付けられ、シースがハンドル内に引き込む際にシースがスライドする面を提供する。そのシャフトは、光ファイバー、導体、およびマルチセンサープローブにおいて用いられる任意の他のセンサーを同軸に囲み得る。針６２０は針がハンドルから延びるようにシャフトに整列され、取り付けられている。シャフト内のセンサーおよび光学体は、シャフトを通じて針の中へと続いている。センサーの形状は、上記のセンサーの形状と類似し得る。
【００６９】
光ファイバー、導電体および他のセンサーは、センサーを駆動し、センサーからのシグナルを受けるコントローラ（示していない）に接続できる。センサー光学体および配線は、ハンドルから可撓性ケーブル６５０の範囲内でプロセッサに延ばし得る。可撓性ケーブル６５０は、センサーに対する保護を維持し、提供する。
【００７０】
その可撓性ケーブルは、近位端（示していない）および遠位端６５３を含む。ケーブル６５０の遠位端は、プローブハンドルの近位端に接続している。特に、図６は、シャフト６４０の近位端に接続したケーブルの遠位端を示す。示していないが、弾性部材またはコネクタを、プローブハンドルの近位端（すなわち、ケーブルからハンドル間のインターフェース）に配置して、曲げモーメントによるケーブル範囲内のセンサーの損傷を防ぎ得る。
【００７１】
ケーブル６５０の近位端（示していない）は、光学コネクタまたはカップリングで終結することが好ましい。カップリングは、取り外し可能でプロセッサに接続できる。コネクタは、例えば、光ファイバーＳＴコネクタと類似であり得る。このように、マルチセンサープローブおよび可撓性ケーブルは、操作前にプロセッサに容易に接続でき、操作後にプロセッサから取り外しできる。この意味でマルチセンサープローブ６００は使用後に使い捨てできる。
【００７２】
メモリデバイスもまた、プローブまたはケーブル６５０のコネクタ部分に組み込むことができる。そのメモリデバイスは、較正パラメータを含むプローブについての情報を含むことができる。較正パラメータは、データ解析に有用である。さらに、メモリデバイスは、デバイスの多重使用を検出および防止するために用いることができる。制御電子機器と統合できる適切なメモリデバイスは、ＧＥＭＰＬＵＳから入手できるＧｅｍＷａｖｅ  ＴＭ  Ｃ２００である。
【００７３】
（位置センサー）
図６に示されたマルチセンサープローブはまた、位置センサー６７０を含む。位置センサー６７０は、シース６３０のコードされた表面から反射された光を測定する光学位置センサーであり得る。あるいは、位置センサー６７０は、シース６３０内の導体に連結する抵抗センサーまたは容量センサーであり得る。
【００７４】
また、位置センサー６７０は、シース６３０上に外部光源からの光を送達し、反射光を外部検出器に戻す光ファイバーであり得る。その外部光源は、多重波長（例えば、レッドおよびグリーン）を有することができ；少なくとも三色の異なる色を有するシースに関するカラーコードパターンは、位置および方向の変化を検出することを可能にする（例えば、赤色、緑色、黒色）。
【００７５】
図７は、本発明に従った光学位置感知システム７００の略図である。図７において、二色のカラー発光ダイオード（ＬＥＤ）７６０および７６５は、電源７７０によって電力が供給される。電源７７０は、例えば、二色の電子的分離を可能にするために２つの異なる周波数でＬＥＤ７６０および７６５を変調させ得る。
【００７６】
ＬＥＤ７６０および７６５からの光は、ファイバー光学スプリッタ７７５にて組合わされる。次に、この光は、第２のファイバー光学スプリッタ７８０を通って光が存在するファイバーチップ７８５へ伝播する。ファイバーチップ７８５から放射された光は、カラーコードバー７９０から反射し、スプリッタ７８０を通って光学検出器７９５に戻る。
【００７７】
コードバーまたはエンコーダ７９０は、種々の形状を有することができる。１つのバリエーションにおいて、カラーバー７９０は、反復された三色パターン（例えば、レッド、グリーン、ブルー）を有している。カラーバー７９０がファイバーチップ７８５を通過する際に、二色の相対的振幅が、バーカラーを決定するために解読される。バーの数および方向をカウントすることによって、制御電子機器は、最初の出発点に対するバー位置の進路を維持できる。この方向は、カラーバーのシーケンスを記録することにより算出される。他のバリエーションにおいて、カラーバー７９０は、各々が、各ＬＥＤカラーに関する最大シグナルに対応する異なる二色間で連続遷移を有する。バーに沿った絶対位置は、光学検出器７９５の各ＬＥＤ７６０および７６５の相対強度から決定できる。
【００７８】
本発明に従った他の光学センサーにおいて、一色だけのＬＥＤが用いられ、カラーバーは、少なくとも３つの反射強度レベルを生じるように選択される。本アプローチは、カラーバー間の連続および非連続遷移により機能し得る。しかしながら、本アプローチは、多重ＬＥＤを用いるよりもノイズに、より影響され易い可能性がある。
【００７９】
上記の光学位置センサーは、シース６３０などの構成要素に関連して記載されている。そのシースまたは他の構成要素は、針が挿入されるにつれて引き込む場合、シース上のエンコーダは、マルチセンサープローブのハンドル上の検出点に対して移動する。しかしながら、本発明は上記の位置センサーに限定されない。任意の適切な位置センサーが使用でき、また本発明のマルチセンサープローブと共に組み込むことができる。例えば、針の深さは、レーザービームがハンドル６１０から組織表面に放射される測距技術の形態を用いて測定できる。例えば、組織表面に相体的なハンドル位置は、レーザービームの反射シグナルに基いて決定できる。音波および超音波センサーもまた、針の挿入位置または深さを決定するために使用できる。
【００８０】
本発明に従った他の位置センサーは、針上に視覚的マークを供するものである。この方法を監視する人は、針が組織内に挿入される際に表面の外側に残るマーク数を記録できる。すなわち、人は、針が組織内に挿入される際に組織により覆われた針上のマーク数を記録できる。針が組織内に押し入る際にマークされた針を画像化するためにカメラが供され得る。画像解析は、時間の関数としての深さを供することになる。しかしながら、測距技術または画像化技術を用いる位置センサーの不利な点の１つは、使用者によるセンサーまたはカメラの遮蔽を避けなければならないことである。
【００８１】
選択された位置は、図６のボタンまたはスイッチ６８０を押すことによって確認できる。作動されると（例えば、押されると）、ボタンは、プローブ挿入中の選択された位置を確認し、またはマークする。例えば、医師は、針プローブが疑わしい病変部境界にヒットするとスイッチまたはボタンを押すことができる。選択された位置は、マークされ、その位置を使って、後に解析ソフトウェアにより正常組織と疑わしい組織とを区別することができる。マーカの適切な形態としては、レバー、ボタン、音声認識またはフットスイッチが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８２】
（組織同定システム）
本発明のマルチセンサープローブは、種々の組織同定システムと接続して使用できる。典型的には、組織同定システムは、マルチセンサー針プローブ、制御モジュールおよびプローブを制御モジュールに接続する可撓性ケーブルを含む。その制御モジュールとしては、典型的には電磁気放射源、光学検出器、電気的インピーダンス測定電子機器および制御電子機器が挙げられる。コンピュータソフトウェアは、本手法中に収集されるデータを解析し（例えば、連続的かつリアルタイムで）、次いで組織タイプについての情報を提供できる。
【００８３】
本発明に従った組織同定システム８００を、図８に例示している。システム８００は、マルチセンサープローブ８１０、ケーブル８２０、測定用パッケージ８３０、コンピュータ８４０、およびコンピュータに接続される種々のＩ／Ｏデバイス８５０を含む。
【００８４】
測定用パッケージ８３０は、プローブの種々のセンサーを駆動し、それらの応答を測定する。上記で考察したように、光学散乱および吸収分光法機器；光学干渉性ドメイン反射測定法機器（ＯＣＤＲ）；酸素分圧機器（ｐＯ２）；温度測定機器（Ｔ）；電気的インピーダンス測定機器（Ｚ）を含む測定用パッケージに対して５つのセンサーがあり得る。測定用パッケージはさらに、必ずしも必要ではないが、人工知能−パターン認識器エンジン（ＡＩＰ）８６０を特徴とする。
【００８５】
デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）８７０を、シグナルの制御と前処理に使用でき、次にこれを他のシグナルと共に人工知能−パターン認識器エンジン（ＡＩＰ）に送る。ＡＩＰ８６０は、装置パッケージの他の構成要素から受けたデータに合致するパターンを実施するために特殊化されたプロセッサであり得る。人工神経回路網および階層的クラスタ解析の双方が、例えば、臨床試験中に生じたデータセットなどの他のデータセットに対してデータを分類するために使用できる。データはまた、患者体内の他の位置における正常組織サンプルと比較され得る。
【００８６】
電子機器およびプロセッサは、連続的かつリアルタイムで測定値をとるように構成されるのが好ましい。電子機器およびプロセッサは、好ましくは１ｃｍ／ｓの針挿入速度で１ｍｍごとに、より好ましくは０．２ｍｍごとに組織の測定値をとるように構成される。これは、それぞれ少なくとも約１０Ｈｚおよび５０Ｈｚのサンプリング速度に対応する。上記のサンプリング速度は、微視的および巨視的スケール（すなわち、１０ミクロンから１０センチメートル）で組織構造を決定するために与えられる。
【００８７】
制御コンピュータ８４０は、便利なヒューマンインターフェースおよびデータ管理システムを提供する。例えば、そのコンピューターは、種々の入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置を含み得、例えば、リアルタイムでのデータを示し、オペレータの入力を迅速にさせるグラフィックディスプレイ；オペレータがシステムを制御し、情報を入力するためのキーボード；可聴フィードバック用スピーカ；オペレータが読取に注釈をつけるためのマイクロホン；オペレータが、特定のデータポイントを「標識し」またはマークするようにシステムに命じるためのフットスイッチ；ハードコピー結果用プリンタ；患者のＩＤを入力するためのバーコードスキャナ；および病院または検査室情報システムおよびインターネットとインターフェースするためのコミュニケーションポートが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８８】
図９は、本発明に従った他の組織同定システム９００の略図を示す。システム９００は、マルチセンサープローブ９１０、プローブを、制御モジュール９４０に配置されたコネクタ９３０に接続するケーブル９２０を含む。制御モジュール９４０としては、例えば、多重レーザーまたは白色光源（例えば、Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｌｅｍ，ＭＡにより販売される「Ｘ−ｓｔｒｏｂｅ」）であり得る電磁気放射源９５０が挙げられる。
【００８９】
光ファイバースプリッタ９６０は、光源９５０から放射ファイバー９７０および基準ファイバー９７５Ａへ入る光を分割する。この実施形態において、基準ファイバー９７５Ｂは、プローブへと進み、検出器９８０に戻る。基準ファイバー９７５Ｂは、針の中ではなくプローブのハンドルの中に延びることが好ましい。
【００９０】
基準ファイバーのシグナルを測定することにより、デバイスのチップへの光送達におけるケーブルの動きに起因したゆらぎの原因が部分的に説明できる。ゆらぎはファイバーの屈曲によるファイバーを通しての喪失など種々の理由が原因で起こり得る。プローブ内の光ファイバーの各々は、基準ファイバーと同様の喪失を受け易い。この仮定は、ファイバーが同様の数の開口部、物性を有し、密に詰められ、ケーブル内に接着され得る場合に、より正確さを増す。ファイバーは、軟質ポリマー化合物またはシリコーンを用いて接着できる。
【００９１】
図９に示された検出システムは、ＯＳＡＳセンサーを特徴とし、光はファイバー９７０を経てサンプルに送達される。光は、２本の収集ファイバー９９５、１０１０により収集され、コネクタ９３０から別々の光学検出器９９０、１０００へ送達される。
【００９２】
さらに、収集ファイバー１０１０からの光は、蛍光光学検出器１０３０へ光を送達するためにスプリッタ１０２０で分割される。蛍光検出器１０３０は、励起レーザー光を遮断するために、例えば、ノッチフィルタ（ＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ  ｃｏｒｐ．，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，ＮＭから入手できる）によりフィルタがかけられる。
【００９３】
制御モジュール内の光学検出器は、格子分光計（例えば、Ｓ２０００光ファイバー分光計（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．，Ｄｕｎｅｄｉｎ，ＦＬにより販売））であり得る。あるいは、各波長について異なる各変調周波数にて光学シグナルを測定するために、光源を変調でき（例えば、ＰＭＡレーザーダイオード・モジュール（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．，Ｌｉｔｔｌｅ  Ｒｏｃｋ，Ａｒｋａｎｓａｓ）により供給）、また、電子フィルタが、使用できる。光源が変調される場合、光学検出器はシリコン光検出器（例えば、ＰＤＡ５５（ＴｈｏｒＬａｂｓ  Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｔｏｎ，ＮＪにより供給））であり得る。
【００９４】
組織同定システム９００は、ＯＣＤＲセンサーを含むこともできる。ＯＣＤＲセンサーは、針プローブ９１０の遠位チップへと延びる光ファイバーを含むことが好ましい。さらに、制御モジュールは、好ましくは、ＯＣＤＲ光源、検出器および測定用電子機器１０４０（例えば、ＯｐｔｉＰｈａｓｅ  Ｉｎｃ．，Ｖａｎ  Ｎｕｙｓ，ＣＡから入手できるＯＣＤＲシステム）を特徴とする。ＯＣＤＲファイバー１０５０は、針プローブ９１０からの光を送達かつ収集するために使用される。
【００９５】
図９に示された組織同定システム９００はまた、電気的インピーダンスセンサーを特徴とする。電気的インピーダンスセンサーは、電子機器モジュール１０６０により操作し、プローブ９１０の遠位チップへと延びる３本線の導体ケーブル１０７０を含むことができる。
【００９６】
主要電子機器制御モジュール１１００は、種々の構成要素に動力を供給し、制御し、検出器からのデータを得る。解析用ソフトウェアは、データを処理し、ディスプレイ１１００上に結果をディスプレイできる。例えば、Ｍａｈらの米国特許第６，１０９，２７０号に記載される神経回路網、および例えば、Ｉ．Ｊ．Ｂｉｇｉｏら、「Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ｏｆ  ｂｒｅａｓｔ  ｃａｎｃｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｅｌａｓｔｉｃ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｒｅｓｕｌｔｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ、５（２）、２２１−２２８頁（２０００年４月）、およびＨａｉｒらによる「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ  Ｄａｔａ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、第５版、（１９９８）に記載される階層的（および非階層的）クラスタ解析などの種々の解析法が適用できる。
【００９７】
好ましいアルゴリズムは、正常組織からの測定値と疑わしい組織領域の測定値との比較を含む。これは、プローブが挿入される際にリアルタイムで実施できる。特に、標的組織に近位の組織は、疑わしい組織に対するベースライン値を供する。例えば、疑わしい組織を同定するためにプローブを胸部に挿入する場合、針は、疑わしい組織に向かう方向で胸部に挿入される。疑わしい組織の近位に貫入された胸部組織は、疑わしい組織の測定値と比較するためのベースラインとして使用できる。
【００９８】
他の方法は、疑わしい組織または標的組織のプローブ測定値を他の身体部位からとられたプローブ測定値と比較することを含む。例えば、ベースラインを得るために、プローブを左胸部に挿入できる。次いでそのプローブを疑わしい病変部を有する右胸部に挿入できる。ベースラインと疑わしい組織との比較により、疑わしい組織が正常であるかどうかが示される。
【００９９】
追加の情報が、疑わしい組織を同定するための分析において使用できる。追加の情報（例えば、患者の病歴）は、診断をより正確にするために測定値に重みをかけるか、または影響を及ぼすために使用できる。さらに、有用なアルゴリズムの任意の組合わせは、１つのアルゴリズムが他のアルゴリズムの使用を排除しない限り、本発明の組織同定システムと共に使用できる。他のアルゴリズムの非限定例としては、多重回帰分析、多重判別分析および多変量パターン認識が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１００】
図１０は、本発明に従った他の組織同定システム１２００の略図を示す。このシステム１２００は、単一制御ユニットモジュール（示していない）内に収納できる４つのセンサーモジュールに連結されたマルチセンサープローブ１２１０を含む。特に、システム１２００は、ＯＣＤＲセンサー、光学ｐＯ２および温度センサー、電気的インピーダンスセンサー、ならびにＯＳＡＳセンサーを含む。そのＯＣＤＲセンサー、光学ｐＯ２および温度センサー、ならびに電気的インピーダンスセンサーは、上記のセンサーと同様に構成できる。
【０１０１】
そのＯＳＡＳセンサーは、制御モジュール１２２０、発光ファイバー１２３０、および光収集ファイバー１２４０を含む。その制御モジュール１２２０は、例えば、複数のＬＥＤ（例えば、５種類の波長のＬＥＤ）、白色光、またはレーザーであり得る電磁気放射源１２５０を含む。放射源１２５０から放射された光は、第１のスプリッタ１２６０において１本のファイバーに連結される。その光は、第１のスプリッタ１２６０から、２本の光ファイバーに分割される第２のスプリッタ１２７０へ送達される。１本のファイバーは、基準検出器１２９０に導かれ、また、１本のファイバーは、放射源ファイバー１２３０を経てサンプルに導かれる。組織で発生した後方散乱および蛍光は、ファイバー１２３０を通って戻り、スプリッタ１２７０において、蛍光検出器１２８０に導くファイバーに入る。蛍光検出器１２８０に送達された光は、励起レーザー光を遮断するために、例えば、例えば、ノッチフィルタ（ＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｒｐ．，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎｅｗ  Ｍｅｘｉｃｏから入手できる）によりフィルタがかけられる。
【０１０２】
サンプルに送達された光はサンプルにより反射し、透過し、吸収される。収集ファイバー１２４０は、サンプルからの放射を収集する。収集ファイバー１２４０で収集された光は、第３の光学体スプリッタ１３００に送達され、この第３の工学体スプリッタは、次に光を２つの光学体に分割する。１つの光学体は、例えば、ＯＳＡＳシグナルを測定する第１の検出器１３１０に光を送達し、また、１つの光学体は蛍光を測定するためにフィルタを備える第２の検出器１３２０に光を送達する。蛍光検出器１３２０に送達された光は、励起レーザー光を遮断するために、例えば、ノッチフィルタ（ＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ  ｃｏｒｐ．，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，ＮＭから入手できる）によりフィルタがかけられる。
【０１０３】
（適用）
本発明の適用は広範囲に変化し得る。例えば、本発明は、胸部の癌組織を検出するために使用できる。本発明のマルチセンサープローブはまた、身体の他の部位で見つけられた他のタイプの異常性を特徴付けするために使用できる。本発明のプローブは、上記のようにインビボで使用されるか、あるいはプローブは、インビトロで組織を同定するために使用され得る。本発明のプローブは、プローブチップが組織サンプルに挿入された際に、リアルタイムで、かつ連続的に組織特性を測定するように構成されるのが好ましい。このように本発明のプローブは、器官または組織サンプルの表面下（例えば、皮下的に）に有効であり、診断される組織の表面または表面積と単に接触させることだけに限定されない。組織サンプルに貫入すると同時に、プローブの多重センサからのシグナルは、即座に処理されて、組織が、迅速に診断、同定または特徴付けられる。
【０１０４】
本発明のデバイスはまた、他の医療デバイスと組合わせて使用できる。例えば、マルチセンサープローブの針は、医療手法で用いられるカニューレまたは他の管状構造を通して挿入できる。
【０１０５】
本発明はまた、腫瘍などの異常なもののおおよそのサイズを測定する方法および装置を含む。腫瘍のサイズは、上記で考察したように疑わしい病変部の境界のマーキングに基いて算出できる。第１の境界と第２の境界との間の距離を保存し、疑わしい病変部のおおよそのサイズを決定するためのアルゴリズムに用いることができる。
【実施例】
【０１０６】
本発明に従ったマルチセンサープローブを組立てて試験した。プローブは、針、操作するためのハンドル、ＯＳＡＳセンサーならびにＯＣＤＲセンサー、およびインピダンスセンサーを構成した。そのＯＳＡＳセンサーは光源ファイバーおよび２本の収集ファイバーを備えていた。そのＯＣＤＲセンサーは単一モードファイバーを含んだ。その電気的インピダンスセンサーは、１つの電極として中心導体を含み、第２の電極として外壁針を含んだ。
【０１０７】
キセノンフラッシュランプを試験プローブの光源として用いた。図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ正常組織と悪性腫瘍組織に関するインビトロ試験中、２本のＯＳＡＳファイバーにより収集された光のスペクトルを示す。「チャンネル２」により表される線または「サイン」は、１本の光ファイバーから収集された光を表し、「チャンネル３」により表される線は、他の光ファイバーから収集された光を表す。「チャンネル２」の光ファイバーは、「チャンネル３」のファイバーよりも発光ファイバーに、より接近していた（中心から中心へ）。
【０１０８】
ラムダ関数としての振幅（ｎｍ）を図１１Ａおよび１１Ｂにプロットしている。データにより証明されたように、組織光学特性において、正常組織と悪性腫瘍組織との間で有意差が観察された。特に、悪性腫瘍組織に対応するデータ（図１１Ｂ）は、正常組織に対応するデータ（図１１Ａ）と有意差がある。この相違は、振幅ならびに振幅の傾きを含むが、これらに限定されない。さらに、データ線は、例えば、４５０ｎｍから５５０ｎｍなどの種々の波長範囲で異なる。したがって、本発明の試験プローブは、悪性組織を検出するか、または悪性組織を正常組織と識別するために使用できる。
【０１０９】
本出願で言及された全ての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、本明細書中にその全体が参考として援用される。用語の意味であってもそうでなくても、対立が起こる限界まで、本発明が支配する。
【０１１０】
本明細書中に開示された特徴の全て（添付される特許請求の範囲、要約書および図面のいずれをも含む）、および／または開示されたいずれの方法またはプロセスの工程は、少なくともこのような特徴および／または工程の幾つかが相互に排他的である組合わせを除いて、任意の組合わせにより組合わせることができる。本明細書（添付される特許請求の範囲、要約書および図面のいずれをも含む）中に開示された各々の特徴は、明白にそうでないことが述べられていない限り、同一、等価、または類似の目的を果たす代わりの特徴により置き換えることができる。明白にそうでないことが述べられていない限り、開示された各々の特徴は、一般的な一連の同一または同様の特徴の中の一例にすぎない。本発明は、前述の詳細な実施形態に限定されない。本発明は、本明細書（添付される特許請求の範囲、要約書および図面のいずれをも含む）中に開示された特徴の中で、いずれの新規なもの、またはいずれの新規な組合わせ、またはそのように開示されたいずれの方法またはプロセスの段階の中で、いずれの新規なもの、またはいずれの新規な組合わせに及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、本発明に従った適用時のマルチセンサープローブを例示する。図１Ｃは、図１Ａおよび１Ｂに例示された適用に関しての位置に対する組織特性のグラフである。
【図２】図２Ａは、本発明に従ったマルチセンサープローブの遠位部分の部分斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示されるマルチセンサープローブの端面図である。
【図３】図３は、本発明に従った光学散乱および吸収分光システムの略図である。
【図４】図４は、本発明に従ったＯＣＴシステムの略図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｈは、本発明に従った種々のマルチセンサープローブの断面図である。
【図６】図６は、本発明に従ったマルチセンサープローブの分解図である。
【図７】図７は、本発明に従った位置センサーシステムの略図である。
【図８】図８は、本発明に従ったマルチセンサーシステムの略図である。
【図９】図９は、基準の光ファイバーを有するマルチセンサーシステムの略図である。
【図１０】図１０は、本発明に従ったシステムの別の略図である。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明に従ったプローブを用いて正常組織および悪性腫瘍組織に関してそれぞれ測定されたスペクトルである。
【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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