(57)【要約】少なくとも２つの光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブである。この少なくとも２つの光ファイバには、側方照射末端部を備える。さらに、側方照射末端部とプローブの側方領域との間の光の伝播を制御するため、ビーム整形開口が設けられている。少なくとも２つの光ファイバを設けることで、複数の光信号を患者体内の対象領域との間で送信および／または受信することができる。側方照射末端部により、プローブの近接領域、すなわちプローブの挿入方向または縦軸と平行な方向に広がる領域の検査が可能になる。ビーム整形開口は、側方照射末端部とプローブの側方領域との間の光の伝播を制御して、放射ビームの形状ならびに光を収集する方向を調節するために設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用マルチ光ファイバ・プローブであって、
少なくとも２つの光ファイバと、
前記少なくとも２つの光ファイバの側方照射末端部と、
前記側方照射末端部と前記プローブの側方領域との間を伝播する光を制御するビーム整形開口と、
を有する、医療用マルチ光ファイバ・プローブ
【請求項２】
請求項１において、前記少なくとも２つの光ファイバが、２つの光ファイバだけを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３】
請求項１において、前記少なくとも２つの光ファイバが、８つ以上の光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４】
請求項１において、前記少なくとも２つの光ファイバが、少なくとも１つの単一モード光ファイバおよび少なくとも１つのマルチモード光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項５】
請求項１において、前記光ファイバのうちの少なくとも一つのコア径が、約１０マイクロメートル未満であり、前記少なくとも２つの光ファイバのうちの少なくとも１つの別の光ファイバのコア径が、１００マイクロメートルよりも大きい医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項６】
請求項１において、前記側方照射末端部が、前記少なくとも２つの光ファイバの傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項７】
請求項６において、前記傾斜端面が、研磨によって形成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項８】
請求項１において、前記側方照射末端部が、少なくとも１つの空芯ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項９】
請求項８において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１０】
請求項９において、前記少なくとも１つの傾斜端面が、研磨によって形成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１１】
請求項９において、前記少なくとも１つの傾斜端面が、金属コーティングされている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１２】
請求項８において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に取り付けられている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１３】
請求項８において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に溶着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１４】
請求項１において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う少なくとも１つの毛細管を有し、少なくとも１つの毛細管が、前記ビーム整形開口を形成している医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１５】
請求項１４において、前記毛細管が、前記少なくとも２つの光ファイバのそれぞれに複数の穴を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１６】
請求項１において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う複数の毛細管を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１７】
請求項１６において、前記毛細管が、相互に結合されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１８】
請求項１６において、前記毛細管が、相互に接着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１９】
請求項１６において、さらに、前記毛細管の間にスペーサ・ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２０】
請求項１６において、さらに、前記ビーム整形開口のそれぞれの光軸の間の角度を制御するため、前記複数の毛細管の間にくさび形のスペーサを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２１】
請求項２０において、前記くさび形のスペーサが、前記複数の毛細管のうちの１つと一体である医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２２】
請求項１において、前記ビーム整形開口が、前記プローブの軸に沿って相互に関して縦方向にずらされている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２３】
請求項１において、さらに、少なくとも３つの光ファイバを有し、この光ファイバのうちの１つが単一モード光ファイバであり、他のファイバがマルチモード光ファイバである医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２４】
医療用プローブを使用して光学的情報を収集する方法であって、
第１光ファイバで光信号を伝送するステップと、
前記光信号を、前記第１光ファイバの側方照射末端部によって、前記プローブの側方の領域に向けるステップと、
前記光信号のビーム形状を制御するステップと、
第２光ファイバで光学的情報を収集し、この光学的情報を分析器に送るステップと、
を含む方法。
【請求項２５】
請求項２４において、前記光学的情報を収集するステップが、光学的情報を複数の光ファイバで収集するステップを含む方法。
【請求項２６】
請求項２４において、前記第１光ファイバで光信号を伝送するステップが、単一モード光ファイバで光信号を伝送するステップを含む方法。
【請求項２７】
請求項２４において、前記光学的情報を収集するステップが、光学的情報を少なくとも１つのマルチモード・光ファイバで収集するステップを含む方法。
【請求項２８】
医療用マルチ光ファイバ・プローブであって、
少なくとも１つの単一モード光ファイバと、
少なくとも１つのマルチモード光ファイバと、
ビーム整形開口有する前記光ファイバの側方照射末端部と、
を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２９】
請求項２８において、前記少なくとも２つの光ファイバが、２つの光ファイバだけを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３０】
請求項２８において、前記少なくとも２つの光ファイバが、８つ以上の光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３１】
請求項２８において、前記単一モード光ファイバのコア径が、１０マイクロメートル未満であり、前記マルチモードのファイバのコア径が、１００マイクロメートルよりも大きい医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３２】
請求項２８において、前記側方照射末端部が、前記少なくとも２つの光ファイバの傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３３】
請求項３２において、前記傾斜の端面が、研磨によって形成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３４】
請求項２８において、前記側方照射末端部が、少なくとも１つの空芯ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３５】
請求項３４において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３６】
請求項３５において、前記少なくとも１つの傾斜端面が、研磨によって形成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３７】
請求項３６において、前記少なくとも１つの傾斜端面が、コーティングされている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３８】
請求項３４において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に取り付けられている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３９】
請求項３４において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に溶着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４０】
請求項２８において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う少なくとも１つの毛細管を有し、少なくとも１つの毛細管が、前記ビーム整形開口を形成している医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４１】
請求項４０において、前記毛細管が、前記少なくとも２つの光ファイバのそれぞれ用の複数の穴を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４２】
請求項２８において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う複数の毛細管を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４３】
請求項４２において、前記毛細管が、相互に結合されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４４】
請求項４２において、前記毛細管が、相互に接着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４５】
請求項４２において、さらに、前記毛細管の間にスペーサ・ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４６】
請求項４２において、さらに、前記毛細管の間に、前記ビーム整形開口のそれぞれの光軸の間の角度を制御するくさび形のスペーサを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４７】
請求項４６において、前記くさび形のスペーサが、前記毛細管のうちの１つと一体である医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
例えばカテーテル・ベースのようなプローブ・ベースの光学システムは、多くの診断および治療用途に利用できる。光干渉トモグラフィ（optical coherence tomography）を利用して空間分解能を得ることで、内部構造の画像化が可能になる。分光分析法を利用して各構造の組成の特徴を明らかにし、例えば癌、形成異常、および正常組織の構造を区別することによって、病状の診断が可能になる。プローブ・ベースの光学システムの他の例においては、切除システムを使用して体内の構造を切除または破壊して、頻脈、腫瘍、および冠動脈疾患などのさまざまな疾患の処置ができる。
【０００２】
例えば、ある特定の分光分析法の用途においては、可変波長（チューナブル）レーザなどの光源が、近赤外波長または７５０ナノメートル（ｎｍ）〜２．５マイクロメートル（μｍ）の走査帯域など、対象とするスペクトル帯域のアクセスまたは走査のために使用される。発生される光は、カテーテルを使用して、生体内の対象領域の組織を照射するために使用される。次いで、照射から得られる散乱反射光が収集され、検出システムに送られ、そこでスペクトル応答が解明される。この応答を用いて、組織の組成、したがって組織の状態を評価する。
【０００３】
このシステムはアテローム性動脈硬化症の診断、詳細には、アテローム病変またはアテローム斑の識別に使用できる。これは、大動脈、頚動脈、冠動脈、および大脳動脈などの中型または大型の動脈の脈管内膜に関する動脈障害である。
【０００４】
ラマンまたは蛍光ベースの手法を含む診断システムも、提案されてきた。可視領域または紫外領域など、他の波長を使用することも可能である。
【０００５】
これらの用途のためのプローブまたはカテーテルは一般に、小さな横寸法を有する。この形態により、患者への衝撃または外傷をより少なくして、切開部または血管などの管腔に挿入することができる。プローブの主な機能は、患者体内の対象領域または関心領域との間で光の放射および／または受光することである。例えば、アテローム性動脈硬化症の診断においては、対象領域は、患者の動脈におけるアテローム病変を示す領域またはアテローム病変の進行の危険性のある領域である。
【０００６】
これらの用途の多くについては、対象領域または関心領域は、プローブの側方に位置している。すなわち、管腔の例においては、プローブが、分析対象の管腔を通って関心領域に達するまで進められるが、関心領域は、一般にはプローブに近接する管腔の壁面であり、すなわちプローブの進行方向と平行に広がっている。
【０００７】
これらの用途においては、「側方照射型」プローブが使用される。これらのプローブは、プローブの側面から光を放射し、および／またはプローブの側面で光を受光する。光の放射の例では、光が、プローブまたはカテーテルの先端に達するまで、プローブを通って伝播する。次いで光が方向変更され、半径方向すなわちプローブの進行方向に直角の方向に放射される。光の収集の場合には、プローブの側面全体から光が集められ、次いでプローブを通して分析器に送られる。分析器において、アテローム性動脈硬化症の診断における分光分析の例では、戻ってくる光のスペクトルを解明して血管または管腔の壁面の組成を決定する。
【０００８】
きわめて細い装置の場合には、一般に、斜め研磨を用いて側方照射型プローブを形成する。これらの例においては、プローブまたはカテーテルは光ファイバから製造される。次いで光ファイバの末端部が斜め研磨され、光ファイバを伝播してくる光が、反射性の傾斜端面によって反射されて、半径方向にプローブの側方の領域に放射される。これと逆の光の収集の例においては、斜め研磨された先端が、プロープにおいてプローブ側方の領域から半径方向に導かれた光を反射し、光ファイバのコアに結合して分析器に送る。
【０００９】
これらの用途においては、非点収差の問題への対処がなされてきた。詳細には、斜め研磨のファイバから作製される側方照射型プローブの例では、一般に、追加のビーム補正構造がない場合は、放射ビームには非点収差が生じる。これは、ファイバの湾曲した側壁のレンズ効果に起因する。
【００１０】
この非点収差の問題に対する解決策が提案されている。そのうちのいくつかは、他のビーム制御面を追加することによって、ファイバ側面の湾曲を補償している。他のいくつかは、研磨によって湾曲を除くことを提案している。
【発明の開示】
【００１１】
しかし、これら従来の側方照射型プローブの製造または組立は、高コストとなり、かつ時間を要する。さらに、通常は、マルチファイバ・プローブへの適合性に欠ける。これらは、例えば分光分析の用途においては一般的に必要とされることである。分光分析では、１つのファイバが対象領域または関心領域に光を送り、次に、１つまたは複数の別のファイバを使用して対象領域からの光を収集し、詳細に分析する。これらの分光分析の用途においては、放射ビームと光が収集される領域との間の分離を制御することが重要な場合もある。さらに、対象領域からの光の収集と対照的に、多くの場合、対象領域に光を送るのに、さまざまな種類のファイバが使用される。
【００１２】
一般に、１つの態様によれば、本発明は、医療用マルチ光ファイバ・プローブを特徴とする。このプローブは、少なくとも２つの光ファイバを有する。この少なくとも２つの光ファイバには側方照射末端部が存在する。さらに、側方照射末端部とプローブの側方の領域との間の光の伝播を制御するため、ビーム整形開口が設けられている。
【００１３】
少なくとも２つの光ファイバを設けることで、複数の光信号を患者体内の対象領域との間で送信および／あるいは受信することができる。側方照射末端部により、プローブの近接領域またはプローブの側方領域を検査できる。ビーム整形開口は、側方照射末端部とプローブの側方領域との間の光の伝播を制御して、放射ビームの形状ならびに光を収集する方向を調節するために設けられている。
【００１４】
一実施形態においては、前記少なくとも２つの光ファイバが、２つの光ファイバだけで構成される。しかし、別の実施形態においては、前記少なくとも２つの光ファイバが、８つ以上の個別の光ファイバを含む。
【００１５】
好ましい実施形態においては、少なくとも２つの光ファイバが、少なくとも１つの単一モード光ファイバおよび少なくとも１つのマルチモード光ファイバを含む。例えば、単一モード光ファイバに関しては、光ファイバのコア径が、通常は約１０マイクロメートル未満であり、一方で、マルチモード光ファイバのコア径は、通常は１００マイクロメートルよりも大きい。典型的には、単一モード光ファイバは対象領域に光を送るために使用され、マルチモード光ファイバは対象領域からの光を集光するために使用される。
【００１６】
好ましい実施形態においては、側方照射末端部が、少なくとも２つの光ファイバの傾斜端面を有する。これら傾斜端面は、好ましくは研磨によって形成される。反射は、例えばファイバと空気との間の屈折率の不一致によっても生成される。しかし、他の例では、端面を金属でコーティングして必要な反射率を実現する。さらに別の例では、複数層の誘電体薄膜コーティングを利用して、鏡を形成している。
【００１７】
別の実施形態においては、側方照射末端部が、少なくとも１つの空芯ブロックを有する。この空芯ブロックは、好ましくは傾斜端面を有し、一例においては、この傾斜端面を研磨によって形成し、金属でコーティングできる。空芯ブロックは、一般には、ファイバと類似の屈折率を有する。ただし、空芯ブロックは導光コアを備えていない。空芯ブロックは、典型的には、光ファイバの切断端に取り付けられる。一例においては、空芯ブロックはそれら光ファイバに溶着される。
【００１８】
好ましい実施形態においては、少なくとも２つの光ファイバの側方照射末端部を覆う、少なくとも１つの毛細管が設けられる。この少なくとも１つの毛細管が、前記ビーム整形開口を形成する。一例においては、それぞれの光ファイバを収容する複数の穴を備えた単一の毛細管が使用される。別の実施形態においては、光ファイバのそれぞれを覆う個別の毛細管が配置される。次いで、これらの毛細管が、例えば相互に接合されて取り付けられる。
【００１９】
この実施形態の利点は、既存の結合方法を利用して、球面収差のない設計を実現し、ファイバ間の正確な配列を可能にする点にある。毛細管によって、カテーテルの遠位端に平坦な管理された表面が形成されるため、組立が容易である。間隔を容易に調節することができ、固定も簡単である。
【００２０】
さらに別の実施形態においては、複数の毛細管の間にスペーサを設けることができる。さらに、くさび形のスペーサを使用して、各光ファイバのビーム整形開口の光軸間の角度を制御できる。このくさび形のスペーサは、毛細管のうちの１つと一体であってもよく、例えば研磨によって形成できる。
【００２１】
さらに別の実施形態においては、ビーム整形開口が、プローブの軸に沿って相互に縦方向にずらされている。これは、１つのビーム整形開口の光軸と別の１つのビーム整形開口の光軸との距離を制御する別の方法である。
【００２２】
一般には、別の態様によれば、本発明はさらに、医療用プローブを使用して光学的情報を収集する方法を特徴とする。この方法は、第１光ファイバで光信号を伝送することと、その光信号を側方照射末端部によって、半径方向の、プローブの側方領域に向けることとを含む。この光信号のビーム形状は制御される。最後に、光学的情報が、第２光ファイバで収集される。この光学的情報が分析器に送られる。
【００２３】
構造および部品の組み合わせに関する種々の新規の詳細と他の利点とを含む本発明の上述および他の特徴は、添付の図面を参照して以下でさらに詳しく説明され、特許請求の範囲に記載される。なお、本発明を具体化する特定の方法および装置は、あくまで例として示されており、本発明を限定するものではない。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな多数の実施形態において利用できる。
【００２４】
添付の図面においては、同一符号は、種々の図を通して同一部分を指す。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の原理によって構成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブの末端部を示している。
【００２６】
さらに詳細には、プローブ先端またはカテーテル先端５８が、外側ケーシング１２０を備える。いくつかの例では、この外側ケーシング１２０が、対象とする光信号または対象とする光の波長範囲に対して透過性である。他の例では、ケーシング１２０は、全体としては非透過性であるが、透過性の窓構造を有する。
【００２７】
複数の光ファイバが、カテーテル５６を通って、ケーシング１２０内のカテーテルの先端５８まで延びている。この第１実施形態においては、２つの光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂが設けられている。これらの光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの末端は、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂを有する。一実施形態においては、これらの側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂが、光を反射するようにコーティングされている。別の例では、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの素材と側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂに隣接する空気などの媒体との間の屈折率の不一致によって、必要とされる反射が生成される。側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂが、実質的に、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂをプローブ先端５８の側方の領域１２４に結合している。
【００２８】
詳細には、領域１２４から放射され、ファイバに向かってファイバに対して半径方向に向けられた光が、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂによって反射され、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂに結合され、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂによって伝播される。同様に、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂを通って側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂに伝播する光が、反射され、プローブ先端５８の側方の領域１２４に向かって半径方向に向けられる。
【００２９】
しかし、このような光ファイバの側方照射末端部において生じる１つの問題点は、光が光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの湾曲した側壁を通って伝播することに起因して、放射されるビームまたは収集される光に非点収差が生じることである。好ましい実施形態においては、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂとプローブ先端５８の側方の領域との間を伝播する光を制御するため、ビーム整形開口１２６Ａ、１２６Ｂが設けられる。
【００３０】
図１Ａおよび１Ｂの第１実施形態においては、ビーム整形開口１２６Ａ、１２６Ｂが、正方形または矩形断面の毛細管１２８Ａ、１２８Ｂにより形成される。これら毛細管は、好ましくは光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂを覆うように挿入される。さらにこれらは、好ましくは光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの素材と屈折率が一致するエポキシまたは他の接合材料を使用して、好ましくは光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂに接合される。このようにして、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂと側方領域１２４との間を伝播する光が、ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの湾曲した側壁を「見る」ことがないため、非点収差レンズを有さない。
【００３１】
好ましい実施形態においては、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂが、光を低損失でカテーテル５６の縦方向長さに沿って送るため、導光コア１３０Ａ、１３０Ｂを有している。
【００３２】
この実施形態においては、マルチモード光ファイバと単一横モード光ファイバとの組み合わせが使用される。詳細には、図示の実施形態において、光ファイバ１２０Ａがマルチモード光ファイバであり、すなわち一般には赤外波長範囲内にある、システムによって使用される波長の複数の横モードをサポートする。詳細には、ファイバのコア１３０Ａは大きく、好ましくは、直径が１００マイクロメートルよりも大である。これにより、側方領域１２４からの光の収集および光ファイバ１２０Ａを通して光を、効率的に送ることができる。
【００３３】
対照的に、光ファイバ１２０Ｂは、好ましくは単一モードのファイバである。詳細には、光ファイバのコア１３０Ｂの直径が、好ましくは１０〜１５マイクロメートル未満であり、すなわちファイバが、一般には赤外波長範囲にあるシステムによって使用される波長について、単一横モードのみを効率的にサポートする。これにより、単一モードの光源に結合して、その光を予測されるガウス分布で側方の領域１２４に送ることができる。
【００３４】
図２は、医療用マルチ光ファイバ・プローブの第２実施形態を示している。この例では、光ファイバ１２０Ａおよび１２０Ｂの側方照射末端部１２２Ａおよび１２２Ｂがそれぞれ、相互に縦方向にずらされている。側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂが、カテーテル５６の縦軸１３２に沿って異なる位置に配置されている。結果として、光ファイバ１２０Ａが、領域１２４Ａからの光を収集する一方で、光ファイバ１２０Ｂが、領域１２４Ｂに光を放射する。この実施形態は、光が放射および収集される位置を制御できるという利点を有する。プローブの幅を実質的に増加させることなく、光ファイバ１２０Ｂから光ファイバ１２０Ａに伝送される光の経路長を長くすることができる。
【００３５】
図１Ａ、１Ｂ、および２に示した実施形態においては、医療用マルチ光ファイバ・プローブの製造プロセスは、以下のとおりである。最初に、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂのあらゆるコーティング、被膜またはシースが剥ぎ取られる。次いで、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂが、それぞれの毛細管１２８Ａ、１２８Ｂの軸方向の穴に挿入される。一実施形態においては、石英／溶融シリカの毛細管が使用される。次いで、屈折率の一致する接着剤またはエポキシが、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂと、それらのそれぞれの毛細管１２８Ａ、１２８Ｂの軸方向の穴との間に塗布される。好ましくは、エポキシの屈折率が、それぞれの光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂのクラッド層の屈折率に一致している。さらに粘度を選択して、毛細管１２８Ａ、１２８Ｂの穴の壁面と光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂとの間の小さなすき間に浸み込むようにしなければならない。
【００３６】
さらには、接着剤は、走査帯域の波長域内にスペクトル的特性を有さないように、選択しなければならない。
【００３７】
次いで、接着剤が硬化される。最後に、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂおよびそれらのそれぞれの毛細管１２８Ａ、１２８Ｂが、一緒に研磨される。最後にコーティングを追加して、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂの反射性を高めることができる。
【００３８】
図３Ａおよび３Ｂは、別のプロセスに従って製造された側方照射末端部およびビーム整形開口を示している。ここでは、光ファイバの側方照射末端部１２２を生成後、毛細管に挿入する。前述のように、側方照射末端部が、光ファイバのコア１３０を、側方照射の光軸１４６に沿って側方照射型プローブの先端５８に隣接する領域１２４に、光学的に結合する。次いで、光ファイバ１２０が、毛細管１２８に挿入される。結果として、この例においては、側方照射末端部１２２が、毛細管１２８の内部に引き込まれている。これは、領域１２８’が空気または他の低屈折率材料で満たされた場合に、光ファイバのコア１３０と領域１２８’を満たす低屈折率材料との間の屈折率の不一致に起因して、側方照射末端部１２２が、たとえ何らかのコーティング処理がなされなくても本質的に反射性となるため好都合である。
【００３９】
この実施形態の製造手順は、以下のとおりである。ここでも、ファイバのコーティングが取り除かれる。次いで、光ファイバ１２０の末端が研磨され、側方照射末端部１２２が形成される。次いで、光ファイバが毛細管１２８に挿入され、特に側方照射末端部１２２とビーム整形開口１２６との間を延びる光軸に沿って、ファイバの側壁と毛細管１２８の内孔との間のあらゆる空間が屈折率の一致するエポキシ材料で満たされるようにして、この毛細管に接着される。
【００４０】
図４は、医療用マルチ光ファイバ・プローブの第３実施形態を示している。この例においては、４つの光ファイバ１２０Ａ〜１２０Ｄが設けられている。それぞれのファイバが、それぞれのビーム整形開口１２６Ａ〜１２６Ｄを有する。
【００４１】
第３実施形態の利点は、複数の収集用マルチモード光ファイバが設けられていることである。複数のマルチモード光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｃ、１２０Ｄが、プローブ５６の縦軸１３２に沿って種々の縦方向位置に位置している。これにより、単一モード光ファイバ１２０Ｂによって放射された光を、マルチモードの収集用光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｃ、１２０Ｄによって、複数の距離において収集することができる。これにより、スペクトル応答を種々の経路長から収集できる。
【００４２】
図５は、本発明の医療用マルチ光ファイバ・プローブの第４実施形態を示している。この例では、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂが、例えば平坦な切断端１４０Ａ、１４０Ｂを終端としている。これらが、空芯ブロック１４２Ａ、１４２Ｂに取り付けられる。これらのブロックは、正方形または矩形の断面を有する。２つの空芯ブロックが示されているが、別の実施形態においては、矩形の断面を有する単一の空芯ブロックを使用してもよい。
【００４３】
一実施形態においては、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂが、それらの各空芯ブロック１４２Ａ、１４２Ｂに溶着されている。空芯ブロックは、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂを実現する傾斜端面を有する。空芯ブロックの側壁が、ビーム整形開口１２６Ａ、１２６Ｂを形成している。これら側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂの反射率を、前述のように金属コーティングまたは誘電体薄膜コーティングによって向上させることができる。
【００４４】
図６は、第５実施形態を示しており、側方照射末端部１２２Ａ、１２２Ｂがカテーテル５６の軸１３２に沿って縦方向にずらされて、それらが接続されている側方領域間の距離を制御している。
【００４５】
図７Ａ〜７Ｄは、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂの側方照射末端部の光軸１４６Ａ、１４６Ｂ間の間隔および角度を制御するための種々の構成を示している。詳細には、光軸１４６Ａ、１４６Ｂが、ビーム整形開口面１２６Ａ、１２６Ｂに直交するものとして、あるいはファイバ１２０の半径方向であるものとして、定義されている。
【００４６】
図７Ａに示されている基本的な例では、ビーム整形開口面１２６Ａ、１２６Ｂの軸が、相互に平行である。さらに、毛細管１２８Ａ、１２８Ｂが、境界面１５０に沿って単に相互に接着されている。
【００４７】
図７Ｂに示した実施形態においては、光軸１４６Ｂ、１４６Ａ間の横方向の間隔が、毛細管１２８Ａおよび１２８Ｂの間にスペーサ・ブロック１５２を備えることによって、大きくなっている。
【００４８】
このスペーサ・ブロック１５２の幅Ｗを利用して、ビーム整形開口１２６Ｂ、１２６Ａによって定められる光軸１４６Ａ、１４６Ｂ間の間隔が制御される。
【００４９】
図７Ｃの実施形態においては、くさび形のスペーサ・ブロック１５４が使用されている。典型的な実施形態においては、くさび形のスペーサ・ブロック１５４が一方の毛細管１２８と一体である。詳細には、一方の毛細管１２８の側面を斜めに研磨することによって作製することが可能である。くさび形ブロック１５４は、光軸１４６Ａ、１４６Ｂ間の間隔を大きくするために使用される。さらにここでは、光軸間の角度の隔たりを、それらが相互に狭まるように、あるいは図７Ｃの実施形態に示されているように広がるように、調節するためにも使用される。
【００５０】
図７Ｄは、さらに別の実施形態を示しており、単一の毛細管１２８が使用されている。ただし、毛細管は、光ファイバ１２０Ａ、１２０Ｂ用に複数の穴を有する。
【００５１】
図８は、本発明の製造に使用される毛細管１２８のいくつかの例を示している。ここでは、中央の軸方向の穴１２８’に光ファイバ１２０が挿入されていない状態で示されている。一例では、毛細管１２８は、ホウケイ酸ガラスのプレフォームを引き伸ばすことによって製造される。
【００５２】
図９Ａおよび９Ｂは、マルチ光ファイバ・プローブ５８の第６実施形態を示している。詳細には、八角形の毛細管１２８が設けられている。これは、引き伸ばしによる単一の八角形の毛細管１２８で構成することができ、あるいは図示のように、複数の毛細管を組み合わせて、八角形断面のプローブ先端５８を形成する。一連の光ファイバ１２０が挿入される複数の穴が設けられている。図示の例では、単一モード光ファイバ１２０Ｓとマルチモード光ファイバ１２０Ｍとが、毛細管１２８の周壁の周りに円周方向に交互に設けられている。次いで、円錐形の盲穴１６０が、八角形の毛細管１２８の端部に形成されている。
【００５３】
円錐穴１６０は、１つの実施例においては、図９Ｂに示すように製造される。詳細には、円錐形の摩擦研磨部材１７０が、毛細管１２８の中心軸Ａに沿って挿入される。これによって、毛細管または複合毛細管内のそれぞれの光ファイバ１２０について、側方照射末端部が形成される。
【００５４】
図１０Ａは、本発明を適用できる血管分析用の光学分光カテーテル・システム５０を、一例として示している。
【００５５】
このシステムは、一般に、カテーテル５６などのプローブ、分光計４０、および分析器４２を有する。多くの場合、カテーテルを患者の血管を通って最初に進められるガイドワイヤの上に被せる。
【００５６】
さらに詳細には、カテーテル５６が、光ファイバ束を備えている。カテーテル５６は、一般には、大腿動脈１０などの末梢血管を通して患者２に挿入される。次いで、カテーテル先端５８が、心臓１６の冠動脈１８または頚動脈１４など所望の対象領域に移動される。この実施形態においては、これはカテーテル先端５８を大動脈１２を通して上方に移動させることで達成される。
【００５７】
所望の部位に位置すると、光放射が発生される。この実施形態においては、好ましくは可変波長（チューナブル）レーザ源４４によって光放射が発生され、対象とする１つまたは複数のスペクトル帯域を包含する範囲全体にわたって調整される。別の実施形態においては、１つまたは複数の広帯域の光源を用いて対象とするスペクトル帯域にアクセスする。いずれの場合も、光信号がカテーテル５６の単一モード光ファイバ１２０Ｂに結合されて、カテーテル先端５８に送られる。
【００５８】
この実施形態においては、近赤外（ＮＩＲ）スペクトル領域にある光放射が、分光分析のために使用される。典型的な走査帯域としては、全体として１０００〜１４５０ナノメートル（ｎｍ）、あるいはさらに詳細には、１０００ｎｍ〜１３５０ｎｍ、１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ、１１７５ｎｍ〜１２８０ｎｍ、および１１９０ｎｍ〜１２５０ｎｍが挙げられる。他の走査帯域の例としては、１６６０〜１７４０ｎｍ、および１６３０ｎｍ〜１８００ｎｍが挙げられる。
【００５９】
一方で、別の光学的実施例においては、蛍光および／またはラマン分光法に適した走査帯域が使用される。さらに別の実施においては、可視または紫外領域にある走査帯域が使用される。
【００６０】
この実施形態においては、戻り光が、カテーテル５６のマルチモード光ファイバ１２０Ａ、Ｃ、Ｄを通って戻される。この戻り光放射が、１つまたは複数の検出器を含むことができる検出器システム５２に供給される。
【００６１】
分光計コントローラ６０が、検出器システム５２の応答を監視すると同時に、光源または可変波長レーザ４４を制御して、一般には血管の内壁上および介在する血液または通常は流体である他の望ましくない信号源による、対象領域のスペクトル応答を測定する。
【００６２】
結果として、分光計コントローラ６０によってスペクトルを取得できる。スペクトルの取得が完了すると、分光計コントローラ６０は、それらのデータを分析器４２に提供する。
【００６３】
図１０Ｂを参照すると、カテーテル５６の光ファイバからの光軸１４６に沿った光信号が、側方照射末端部１２２Ｂによって導かれ、カテーテル先端５８から放射されて動脈壁２４の対象領域２２を照射する。次いで、カテーテル先端５８が、対象領域２２および介在の流体から散乱反射または回折（散乱）された光を集め、この光１０２を、マルチモード光ファイバ１２０Ａ、Ｃ、Ｄによりカテーテル５６を通して戻す。
【００６４】
一実施形態においては、カテーテル先端５８が、矢印１１０で示されているように回転する。これにより、カテーテル先端５８で血管の壁面２４の全周を走査することができる。別のいくつかの例では、カテーテル先端５８を回転させ、その間にカテーテルを分析される血管部位の全長にわたって図の１５の方向に引き戻す。
【００６５】
一方で、戻り光信号１０２からスペクトルが解明され、分析器４２が、収集されたスペクトルから、血管の壁面２４または対象とする他の組織、特にカテーテル先端５８に対向する領域２２について状態の評価を実行する。この用途においては、収集されたスペクトル応答を用いて、血管の壁面２４の対象とする領域２２が、脂質プールまたは脂質の多いアテローム、分裂プラーク、脆弱プラークまたは薄キャップ・フィブロアテローム（ＴＣＦＡ）、線維性病変、石灰化病変、および／または通常の組織を含んでいるか否かを決定する。分類あるいはさらに定量化されたこの情報が、ユーザ・インターフェイス７０を介してオペレータに提供される。あるいは収集されたスペクトルからの生の識別または定量化情報が、オペレータに提供され、次いでオペレータが対象とする領域２２の状態に関して結論を下す。
【００６６】
一実施形態においては、提供される情報が、ある１つの分類グループを他のすべてのスペクトル形態と区別する識別しきい値になる。別の実施形態においては、２つ以上の分類の間の相互の区別である。別の実施形態においては、提供された情報を用いて、正常または疾患の血管壁面のスペクトル特性を含む１つまたは複数の化学成分の存在を定量化できる。
【００６７】
治療の用途においては、戻り光信号を利用して、例えば切除のために照射されたビームのレベルおよびパルス期間など、治療条件を制御できる。
【００６８】
本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照して詳細に示して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部についてさまざまな変更が可能であることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態による医療用マルチ光ファイバ・プローブの斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態による医療用マルチ光ファイバ・プローブの底面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の医療用マルチ光ファイバ・プローブの斜視図である。
【図３Ａ】光ファイバのうちの１つにおける、側方照射末端部およびビーム整形開口の側面図である。
【図３Ｂ】光ファイバのうちの１つにおける、側方照射末端部およびビーム整形開口の斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の４つの光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブの斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態の側方照射末端部およびビーム整形開口として空芯ブロックが使用されている医療用マルチ光ファイバ・プローブの斜視図である。
【図６】本発明の第５実施形態の空芯ブロックおよび縦方向にずらされたビーム整形開口が使用されている医療用マルチ光ファイバ・プローブの斜視図である。
【図７Ａ】４つの異なる実施形態のうちの１つであり、本発明によってビーム整形開口の光軸間の横方向および角度の分離度合いを制御する方法を示す端面図である。
【図７Ｂ】４つの異なる実施形態のうちの１つであり、本発明によってビーム整形開口の光軸間の横方向および角度の分離度合いを制御する方法を示す端面図である。
【図７Ｃ】４つの異なる実施形態のうちの１つであり、本発明によってビーム整形開口の光軸間の横方向および角度の分離度合いを制御する方法を示す端面図である。
【図７Ｄ】４つの異なる実施形態のうちの１つであり、本発明によってビーム整形開口の光軸間の横方向および角度の分離度合いを制御する方法を示す端面図である。
【図８】本発明の実施形態において使用される毛細管の斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第６実施形態による８つの光ファイバを有する医療用プローブであり、プローブの製造形体も示す上面図である。
【図９Ｂ】本発明の第６実施形態による８つの光ファイバを有する医療用プローブであり、プローブの製造形体も示す側面図である。
【図１０Ａ】本発明の医療用マルチ光ファイバ・プローブを利用できるカテーテル・ベースの医療用光学システムを説明する概略のブロック図である。
【図１０Ｂ】組織に近接して位置するプローブ先端であり、本発明によるマルチ光ファイバ・プローブの動作を示す断面図である。
【符合の説明】
【００７０】
１２０Ａ    光ファイバ
１２０Ｂ    光ファイバ
１２０Ｍ      マルチモード光ファイバ
１２０Ｓ      単一モード光ファイバ
１２２Ａ    側方照射末端部
１２２Ｂ    側方照射末端部
１２４      側方領域
１２６Ａ    ビーム整形開口
１２６Ｂ    ビーム整形開口
１２８Ａ    毛細管
１２８Ｂ    毛細管
１４２Ａ      空芯ブロック
１４２Ｂ      空芯ブロック
１５２        スペーサ・ブロック
１５４        くさび形のスペーサ・ブロック
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2007519481.tif 000014
【図８】
2007519481.tif 000015
【図９Ａ】
2007519481.tif 000016
【図９Ｂ】
2007519481.tif 000017
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月26日(2006.12.26)
【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】
医療用マルチ光ファイバ・プローブであって、
少なくとも１つの単一モード光ファイバと、
少なくとも１つのマルチモード光ファイバと、
ビーム整形開口を有する前記光ファイバの側方照射末端部と、
を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２】
請求項１において、前記少なくとも２つの光ファイバが、２つの光ファイバだけを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記少なくとも２つの光ファイバが、８つ以上の光ファイバを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記単一モード光ファイバのコア径が、１０マイクロメートル未満であり、前記マルチモード光ファイバのコア径が、１００マイクロメートルよりも大きい医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、前記側方照射末端部が、前記少なくとも２つの光ファイバの傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項６】
請求項５において、前記傾斜端面が、研磨によって形成されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項において、前記側方照射末端部が、少なくとも１つの空芯ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項８】
請求項７において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、傾斜端面を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項９】
請求項８において、前記少なくとも１つの傾斜端面が、コーティングされている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１０】
請求項７において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に取り付けられている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１１】
請求項７において、前記少なくとも１つの空芯ブロックが、前記光ファイバの端部に溶着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１２】
請求項１において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う少なくとも１つの毛細管を有し、少なくとも１つの毛細管が、前記ビーム整形開口を形成している医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１３】
請求項１２において、前記毛細管が、前記少なくとも２つの光ファイバのそれぞれ用の複数の穴を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１４】
請求項１において、さらに、前記少なくとも２つの光ファイバの前記側方照射末端部を覆う複数の毛細管を有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１５】
請求項１４において、前記毛細管が、相互に結合されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１６】
請求項１４において、前記毛細管が、相互に接着されている医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１７】
請求項１４において、さらに、前記毛細管の間にスペーサ・ブロックを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１８】
請求項１４において、さらに、前記毛細管の間に、前記ビーム整形開口のそれぞれの光軸の間の角度を制御するくさび形のスペーサを有する医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項１９】
請求項１８において、前記くさび形のスペーサが、前記毛細管のうちの１つと一体である医療用マルチ光ファイバ・プローブ。
【請求項２０】
医療用プローブを使用して光学的情報を収集する方法であって、
第１光ファイバで光学信号を伝送するステップと、
前記光学信号を、前記第１光ファイバの側方照射末端部によって、前記プローブの側方の領域に向けるステップと、
前記光学信号のビーム形状を制御するステップと、
第２光ファイバで光学的情報を収集し、この光学的情報を分析器に送るステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
請求項２０において、前記光学的情報を収集するステップが、光学的情報を複数の光ファイバで収集するステップを含む方法。
【請求項２２】
請求項２０において、前記第１光ファイバで光学信号を伝送するステップが、単一モード光ファイバで光信号を伝送するステップを含む方法。
【請求項２３】
請求項２０において、前記光学的情報を収集するステップが、光学的情報を少なくとも１つのマルチモード光ファイバで収集するステップを含む方法。
【請求項２４】
請求項２０において、前記第１光ファイバが単一モード光ファイバであって、前記第２光ファイバがマルチモード光ファイバである方法。
【国際調査報告】
2007519481.tif 000020
2007519481.tif 000021
2007519481.tif 000022