(57)【要約】  本発明は、分光系、より具体的には、患者の心臓血管系内部の脆弱なアテローム性動脈硬化症プラークの生体内検出のための光ファイバプローブを提供する。脆弱なプラークの検出は、血液流中を流れる心臓マーカー分子の濃度レベルの測定に依存した場所に基づく。濃度レベル検出は、好ましくは、これらの濃度レベルの決定のための十分な感度をもたらす表面増感ラマン分光技法に基づく。制御された速度を用いた心臓血管系を通じた光ファイバプローブの移動の間の分光データの獲得は、心臓血管系内で脆弱なプラークを精密に位置付けることを可能にする。
2007536974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起放射線を関心容積の内部に配向するための手段と、
前記関心容積からの戻り放射線を収集するための手段と、
表面増感分光効果を誘発するための手段とを含む、
分光系の光ファイバプローブ。
【請求項２】
前記表面増感分光効果を誘発するための手段は、薄い金属被膜を含み、該金属被膜の厚さは、ナノメートルの範囲内にある、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項３】
前記薄い金属被膜は、マーカー分子を吸着するよう構成される、請求項２に記載の光ファイバプローブ。
【請求項４】
前記薄い金属被膜は、前記マーカー分子の吸着のために構成された表面粗さをさらに含む、請求項３に記載の光ファイバプローブ。
【請求項５】
当該光ファイバプローブは、患者の脈管系に挿入されるよう構成されたカテーテルとして設計される、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項６】
患者の前記脈管系を通じて移動されるようさらに構成される、請求項５に記載の光ファイバプローブ。
【請求項７】
前記表面増感分光効果を誘発するための手段として構成される反射素子をさらに含む、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
【請求項８】
励起放射線を関心容積の内部に配向するための、並びに、該関心容積からの戻り放射線を収集するための光ファイバプローブと、
前記収集された戻り放射線をスペクトル分析するよう構成され、且つ、前記光ファイバプローブの近位端に接続されるよう構成される分光装置とを含み、
前記光ファイバプローブは、その遠位端で、薄い金属被膜で被覆される、
分光系。
【請求項９】
前記光ファイバプローブの遠位端を移動するための手段と、
前記収集された戻り放射線を前記光ファイバプローブの前記遠位端の場所と相関させるための手段とをさらに含む、
請求項８に記載の分光系。
【請求項１０】
励起放射線を関心容積の内部に配向するための、並びに、該関心容積からの戻り放射線を収集するための光ファイバプローブを含み、該光ファイバプローブは、その遠位端で、薄い金属被膜で被覆される分光系の分光装置であって、
前記分光装置を前記光ファイバプローブの前記近位端と接続するための接続手段と、
前記収集された戻り放射線をスペクトル分析するよう構成される分析手段と、
前記収集された戻り放射線を前記光ファイバプローブの前記遠位端の場所と相関するよう構成される相関手段とを含む、
分光装置。
【請求項１１】
光ファイバプローブと、分光装置とを有する分光系のためのコンピュータプログラムであって、
−  患者の脈管系を通じて前記光ファイバプローブの遠位端を移動するために、
−  前記光ファイバプローブの前記遠位端の場所を決定するために、並びに、
−  前記光ファイバプローブの前記遠位端の前記場所を前記収集された戻り放射線と相関するために
構成されたコンピュータプログラム手段を含む、
コンピュータプログラム。
【請求項１２】
患者の心臓血管系の内部の心臓マーカーの濃度を決定する方法であって、
光ファイバプローブの遠位端によって関心容積から戻り放射線を収集するステップと、
前記光ファイバプローブの前記遠位端によって表面増感分光効果を誘発するステップと、
前記収集された戻り放射線をスペクトル分析するステップと、
前記戻り放射線の収集の間、前記カテーテルの前記遠位端を移動するステップと、
前記光ファイバプローブの前記遠位端の場所を前記収集された戻り放射線と相関するステップとを含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光法の分野に関し、より具体的には、限定なしに、分光分析用の光ファイバプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に心臓発作と表現される急性心筋梗塞は、死亡の頻繁な原因である。心臓発作の下にあるメカニズムは、酸素不足に起因する心筋細胞の破壊である。冠状動脈の閉塞は、おそらく、そのような酸素不足のための最も顕著な原因であり、心筋梗塞の引き金となる。生命に危険を与える冠状動脈の閉塞は、アテローム性動脈硬化症に起因して頻繁に起こる。典型的には、アテローム性動脈硬化症は、動脈による脂肪液滴の吸収によって形成される脆弱なプラーク（斑）の発生を生む。動脈壁の残留細胞は、そのような吸収を、炎症を招くサイトカインの形態のタンパク質の解放を開始する侵入と解釈する。サイトカインは、動脈壁を粘着性にし、免疫系細胞、例えば、単球が引き付けられる。血液中を循環する単球は動脈壁に侵入し、マクロファージ（大食細胞）に変わり、脂肪液滴又はＬＤＬ粒子を摂取する。それによって、マクロファージは、繊維状キャップ(fibrous  cap)として表現される薄い被膜を備える脆弱なプラークを形成する細胞で満たされた大きな脂肪に変わる。
【０００３】
一方では、繊維状キャップによって被覆される脆弱なプラークの動脈壁での堆積は、血管を狭め、動脈の狭まりを招く。他方では、これらの脂肪質の堆積物はむしろ脆弱であり、繊維状キャップは割れたり或いは破裂しがちである。繊維状キャップが破裂に晒される場合、脆弱なプラークの含有物は血液流中に飛散される。その結果、血餅が破裂の周りに形をなし、粒子封鎖を引き起こし、或いは、動脈の完全な閉塞さえも引き起こす。
【０００４】
従って、破裂しがちなプラークを特定するための診断技法を提供することが必要である。プラークが破裂する前に、これらの潜在的に致死的なプラークを特定することは、治療戦略の開発を容易化し、或いは、急性事象を回避する。
【０００５】
米国特許出願公開番号ＵＳ２００１／００４７１３７Ａ１号は、近赤外線を用いて生体組織内の脆弱なプラークの組成を分析する方法及び装置を開示している。生体内の薄いキャップ及び液体プールを用いたプラークの特定は、生きている患者の冠状動脈内の脆弱なプラークを特定するためのＮＩＲ冠状カテーテルを通じて遂行され得る。光ファイバプローブを光源に動作的に接続し得るし、光配向又は集束機構をプローブの遠位端に取り付け得る。集束機構は、透過型光ファイバからの入射ビームを分析を受けている組織表面上の小さな地点の上に圧縮するよう構成され得る複合放物集線装置（ＣＰＣ）を含み得る。
【０００６】
装置は、動脈表面又は分析中の他の組織からの散乱光を検出するための硫化鉛検出器のような検出器を含み得る。さらに、光ファイバプローブは、患者内への導入のために好適に構成され得ることによって、動脈壁、又は、具体的には、脆弱なプラークとして特徴付けられ得る障害の生体内分析を可能にする。開示されている方法は、光を分析される組織の上に集束するステップと、組織によって反射される光を検出するステップとを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近赤外線分光法に基づく脆弱なアテローム性動脈硬化症のプラークの特定及び特性決定のための従来技術の解決策は、近赤外線放射線を血管の壁の上に集束するために設計される。従って、適切な集束機構が常に求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、励起放射線を関心容積の内部に配向するための手段と、関心容積からの戻り放射線を収集するための手段と、表面増感分光効果を誘発するための手段とを含む分光系の光ファイバプローブを提供する。本発明の光ファイバプローブは、近赤外線範囲の放射線をもたらす光源に結合されるよう構成される。典型的には、光ファイバプローブは、励起放射線としての近赤外放射線を関心容積内に放射するために構成される。本発明の光ファイバプローブは、さらに、脆弱なプラークの脈管内及び生体内検出及び分析のために設計される。関心容積は、典型的には、患者の心臓血管系内に全体的に位置する容積を特定する。
【０００９】
光ファイバプローブは、励起放射線の放射を許容し、且つ、関心容積内の励起放射線の散乱プロセスの産物として関心容積から放射する戻り放射線の収集を許容する光ファイバの束を含み得る。戻り放射線を収集するための光ファイバは、収集される戻り放射線の分光分析のための分光系の分光装置への戻り放射線の伝送ももたらす。戻り放射線の分光分析は、関心容積内に位置する生物学的構造及び／又は物質の精密な分析を可能にする。
【００１０】
その端部小面で、光ファイバプローブは、励起放射線の効率的な放射並びに戻り放射線の効率的な収集をもたらす対物レンズを含み得る。その上、表面増感分光効果を誘発する手段は、戻り放射線の著しい信号増大をもたらす。このようにして、分光系の感度を目に見えるほど増大し得る。分光法の枠内において、具体的には、ラマン分光法において、表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）のような表面増感効果は、単一分子の検出さえももたらす。
【００１１】
一般的に、もしラマン散乱に晒される分子がナノメートルサイズの貴金属構造に付着されるならば、幾分弱いラマン効果を大いに強化し得る。散乱分子が金属表面に近接近するとき、ラマン強度の増感が、電磁放射による表面プラズモンの励起の故に、分子の位置で、入射場及び反射場のコヒーレント重畳から生じる。表面増感分光効果を誘発するための手段は、表面増感ラマン分光法のために設計されるのが好ましい。その結果、光ファイバプローブは高感度を特色とし、分光系は関心容積内で単一分子を検出するようにさえ構成され得る。
【００１２】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、表面増感分光効果を誘発するための手段は、ナノメートルの範囲内の厚さを有する薄い金属被膜を含む。実際には、励起放射線及び戻り放射線の放射及び収集のために構成される光ファイバプローブの端部小面は、それぞれ薄い金属被膜で被覆される。一般的には、ＳＥＲＳ観察が報告される各金属を用い得る。これは、ＳＥＲＳが良く特徴付けられる貴金属、アルカリ金属、アルミニウム、及び、インジウムを含む。
【００１３】
好ましくは、光ファイバプローブの遠位端は、金の薄い層で被覆される。このようにして、金属被膜に近接近して生じる非弾性的な散乱プロセスに起因する放射線は、目に見えるほどに増強される。ＳＥＲＳ技法を使用することで、関心容積は、薄い金属被膜の表面に近接近して配置される。それ故に、例えば組織のような指定された物質又は生物学的構造内への励起放射線の集束は、原理上、必要とされない。関心容積は、金属被膜を包含するシェルを定める。
【００１４】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、薄い金属被膜は、マーカー分子を吸着するようさらに構成される。マーカー分子、具体的には、心臓マーカーは、脆弱なプラークの体積に起因し得る炎症に反応して、反応物質として患者の血液内に解放されるのが典型的である。患者の血液流内の心臓マーカーの増大レベルは、心臓血管事象を予測するために示される。薄い金属被膜で吸収し、故に、蓄積する心臓マーカー分子は、ＳＥＲＳを使用することによって、血液流内の心臓マーカーの濃度レベルを決定する有効な手段である。
【００１５】
薄い金属被膜で吸収されるや否や、心臓マーカー分子は金属被膜の表面に近接近するので、心臓カーカー分子が非弾性的な散乱プロセスに晒されるときに、表面増感分光効果が発達し得る。
【００１６】
心臓マーカーとして作用することが既知の複数の様々な物質が存在する。これらは、例えば、トロポニンｌ（Ｔｎｌ）、トロポニンＴ（ＴｎＴ）、トロポニンＣ（ＴｎＣ）、ミオグロビン、脂肪酸結合タンパク質（ＦＡＢＰ）、グリコーゲンホスホリラーゼイソ酵素ＢＢ（ＧＰＢＢ）、高感度ＣＲＰ、等である。これらの心臓マーカーのいずれか１つの濃度上昇は、心臓組織の損傷、或いは、心筋梗塞さえも指し示す。高感度Ｃ反応タンパク質（ｈｓＣＲＰ）は、数十年に亘って、非特異性炎症マーカーとして既知である。具体的には、高ＣＲＰレベルが、バクテリア感染、ウイルス感染、及び、他の感染中に人の血液中に検出される。炎症のマーカーの中でもとりわけ、ＣＲＰ及びＩＬ−６は、心臓血液事象との最も強い関連を示す。ＣＲＰレベルは、管壁での脆弱なプラークの堆積のような炎症事象の故に、基線濃度から１〜１００倍まで増大し得る。
【００１７】
好ましくは、光ファイバプローブの薄い金属被膜は、特定の心臓マーカーを捕捉し得る捕捉分子を伴って準備される。従って、捕捉分子は光ファイバプローブの金属被膜上に固定される。例えば、ｈｓＣＲＰ又はＣＲＰマーカー分子を捕捉するために構成される捕捉分子は、例えば、ｈｓＣＲＰへの単クローン抗体、ＣＲＰ抗原、及び、ＣＲＰ無し血清である。心臓マーカーを捕捉するために設計されるこれらの及び様々な他の種類の抗体は、例えば、フィンランド国ＴｕｒｋｕにあるＨｙｔｅｓｔ  Ｌｔｄ．から商業的に入手可能であり、心臓マーカーに関するさらなる情報については、http://hytest.fiも参照のこと。
【００１８】
本発明のさらなる実施態様によれば、薄い金属被膜は、マーカー分子の吸収のための表面粗さをさらに含む。一方では、明確な表面粗さを伴う薄い金属被膜を設計することは、心臓マーカーのための捕捉分子の付着増大、従って、光ファイバプローブへの心臓マーカー分子の吸収向上をもたらす。他方では、薄い金属被膜の粗い表面は、表面増感分光効果のためにも有利である。薄い金属被膜の粗面は、表面プラズモンの励起のために特に有利であり、表面に付近に増刊された電磁場をもたらす。平坦面と比べ、粗面は、光ファイバプローブの感度に正の影響を及ぼす僅かに増大された総面積を特色とする。
【００１９】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、光ファイバプローブは、患者の脈管系内に挿入されるよう構成されたカテーテルとして設計される。故に、光ファイバプローブを患者の管脈系内検査のために効果的に用い得る。心臓マーカーの濃度レベルを生体内で最低侵襲的に精密に決定し得る。ＣＲＰのような特定の心臓マーカー分子の検出のために光ファイバプローブを設計し得るので、表面増感ラマン信号の分光分析をほぼ瞬間的に遂行し得る。故に、血液流内の心臓マーカーレベルの直接的な監視を実現することができ、例えば、動脈壁の炎症レベルの精密且つ迅速な診断を可能にする。
【００２０】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、光ファイバプローブは、患者の脈管系を通じて移動されるようさらに構成される。患者の管脈系内にカテーテルとしての光ファイバプローブの遠位端を挿入すること、並びに、患者の脈管系を通じて光ファイバプローブの遠位端を移動することは、患者の心臓血液系内の光ファイバプローブの位置に依存して、心臓マーカー濃度レベルを監視することを可能にする。具体的には、光ファイバプローブを一定速度、即ち、典型的には例えば１分当たり１ミリメートル未満の範囲内で引き戻すことによって、心臓マーカーの場所依存濃度分布を得ることができる。心臓マーカー濃度が炎症組織の近傍で目に見えるほど増大するとさらに想定すると、心臓血液系内部の脆弱なプラークの位置を精密に決定し得る。光ファイバプローブの引き戻しは、一定速度の動作に決して限定されない。その上、光ファイバプローブを可変速度で引き戻し得る。この場合には、収集された戻り放射線の分析は、移動の速度を計上しなければならない。
【００２１】
従って、本発明は、血液流内の心臓マーカー濃度の空間分解された測定値を使用することによって、患者の心臓血液系内の脆弱なプラークを生体内で検出するための効果的な手段を提供する。心臓マーカー分子の濃度レベルの測定は、関連濃度レベルの精密な決定のために十分な濃度を提供するＳＥＲＳのような表面増感分光効果を用いて遂行される。
【００２２】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、光ファイバプローブは、表面増感分光効果を誘発するための手段としてさらに構成される反射素子を含む。好ましくは、反射素子は、心臓マーカー分子の吸着に理想的に適した粗面を備える金属被膜を特色とする。追加的に、反射素子は、励起放射線及び周波数偏移戻り放射線の双方のための高い反射率を特色とする。戻り放射線対励起放射線の強度比を増大するために、反射素子は放射される放射線のための反射器として働く。従って、反射素子は、好ましくは、光ファイバプローブの端部小面の反対に配置されるか、或いは、端部小面の法線に対してある角度で傾斜される。反射素子は、例えば、球面鏡又は放物鏡のような、鏡素子として実施され得る。従って、反射素子での心臓マーカー分子の付着は、戻り放射線の強度の効果的な増大をもたらす。
【００２３】
他の特徴において、本発明は、励起放射線を関心容積内に配向し且つ関心容積からの戻り放射線を収集するための光ファイバプローブを含む。ここでは、光ファイバプローブは、その遠位端で薄い金属被膜で被覆され、それは表面増感分光効果を誘発するよう働く。分光系は、収集される戻り放射線をスペクトル分析するよう構成され且つ光ファイバプローブの近位端に接続されるよう構成される分光装置を含む。
【００２４】
好ましくは、光ファイバプローブ及び分光装置は、光ファイバプローブと分光装置との間の励起放射線と戻り放射線の双方向伝送をもたらす複数又は単一の光ファイバプローブによって接続される。分光装置は、近赤外放射線を発生する光源を含む。このようにして、光ファイバプローブをコンパクトに設計することができ、患者の心臓血液系内へのカテーテルとしての光ファイバの挿入を可能にする。電源、スペクトル分析装置、光源、及び、信号処理手段のような構成素子は、典型的には、分光装置によって提供される。
【００２５】
本発明のさらなる好適実施態様によれば、分光系は、患者の管脈系を通じて光ファイバプローブの遠位端を移動するための手段をさらに含む。この実施態様において、分光系は、収集される戻り放射線を光ファイバプローブの遠位端の場所と相関させるための手段をさらに含む。分光系は、血液流内の明確な心臓マーカー分子の濃度レベルを決定するよう構成されるので、光ファイバプローブの遠位端の移動は、散乱される戻り放射線の収集との組み合わせで、血管に沿った心臓マーカーの空間分解された濃度レベルを提供する。患者の管脈系内の光ファイバプローブの遠位端の縦場所を決定すること、並びに、対応する分光信号を監視することは、光ファイバプローブの場所を、収集される戻り放射線と相関させることを可能にする。戻り放射線は、心臓マーカーの濃度レベルを表示するので、その近傍にある心臓マーカーの高濃度を特色とする脆弱なプラークの場所を精密に決定し得る。
【００２６】
他の特徴において、本発明は、分光系の分光装置を提供し、分光装置は、分光装置を光ファイバプローブの近位端と接続するための結合手段と、光ファイバプローブによって収集される戻り放射線をスペクトル分析するよう構成された分析手段と、収集された戻り放射線を光ファイバプローブの遠位端の場所と相関させるよう構成された相関手段とを含む。光ファイバプローブは、表面増感分光効果を誘発するための薄い金属被膜で被覆される。
【００２７】
光ファイバプローブは、患者の管脈系内に挿入され得るカテーテルとしてさらに実施され得る。収集された戻り放射線のスペクトル分析は、患者の血液流内の心臓マーカーレベル濃度を表示する。スペクトル分析された戻り放射線を光ファイバプローブの遠位端の場所と相関させることによって、脆弱なプラークのような炎症を精密に決定し、且つ、最小侵襲的な方法で生体内に局所化し得る。
【００２８】
他の特徴において、本発明は、光ファイバプローブ及び分光装置を有する分光系のためのコンピュータプログラムを提供する。コンピュータプログラムは、患者の管脈系を通じて光ファイバプローブの遠位端を移動し、光ファイバプローブの遠位端の場所を決定し、且つ、光ファイバプローブの遠位端の場所を光ファイバプローブから得られる収集された戻り放射線と相関させるよう構成されるコンピュータプログラム手段を含む。それ故に、コンピュータプログラムは、患者の血液流内の心臓マーカーの濃度の空間分解された測定値を生成し、最終的には、視覚化するよう構成される。
【００２９】
さらに他の特徴において、本発明は、患者の心臓血液系内の心臓マーカー濃度を決定する方法を提供する。本方法は、カテーテルとして設計される光ファイバプローブの遠位端を患者の心臓血液系内に挿入するステップを含む。光ファイバプローブの遠位端は、関心容積から戻り放射線を収集するよう構成され、さらに、表面増感分光効果、例えば、ＳＥＲＳを誘発するよう構成される。本方法は、収集された戻り放射線をスペクトル分析するステップと、戻り放射線の収集中にカテーテルの遠位端を移動するステップとをさらに含む。最終的に、本方法は相関ステップを提供し、相関ステップにおいて、光ファイバプローブの遠位端の場所は、光ファイバプローブの対応する場所からの戻り放射線及び／又はスペクトル分析された戻り放射線と相関される。
【００３０】
以下に、図面を参照して、本発明の好適実施態様を詳細に記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、光ファイバプローブ１０２と、光ファイバ１０６と、分光装置１１０と、ディスプレイ１０８とを含む分光系１００のブロック図を示している。光ファイバプローブ１０２は対物レンズ１０４を有し、光ファイバ１０６を介して、分光装置１１０に接続されている。
【００３２】
分光装置１１０は、場所モジュール１１２と、光源１１４と、スペクトル分析器１１８と、処理装置１１６とを含む。分光装置１１０は、分析データを分光系１００の使用者に提供するためのディスプレイ１０８と接続されている。光ファイバプローブ１０２は、好ましくは、患者の心臓血管系内に挿入されるよう構成される。これは光ファイバプローブ１０２のコンパクトな設計を必要とし、従って、光源１１４及びスペクトル分析器１１８のような分光系の嵩張った構成素子は、分光装置１１０内に配置される。
【００３３】
光ファイバプローブ１０２は、励起放射線を関心容積内に放射するのに役立ち、且つ、励起放射線に対してしばしば偏移され、従って、関心容積の分子組成を示す非弾性的に散乱された戻り放射線を収集するのに役立つ。例証されている実施態様において、近赤外線範囲の励起放射線が光源１１４によって生成され、光ファイバ１０６を介して光ファイバプローブ１０２に伝送される。対物レンズ１０４を用いて、励起放射線は関心容積内に集束される。本発明のために、励起放射線は必ずしも集束される必要はない。従って、対物レンズ１０４は、光ファイバプローブ１０２の本質的な構成素子を表わさない。原理上、光ファイバプローブ１０２は、関心容積内への励起放射線の放射及び戻り放射線の収集を支持しなければならないだけである。加えて、光ファイバプローブ１０２は、光ファイバ１０６からの励起放射線及び光ファイバ１０６への戻り放射線の効率的な結合をもたらさなければならない。
【００３４】
光ファイバプローブ１０２及び対物レンズ１０４は、血液流内の指定された心臓マーカー分子から放射する表面増感されたラマン分光信号の検出のために特に設計されている。具体的には、ＳＥＲＳを使用することによって、分光系１００の感度が目に見えるほど増大される。ＳＥＲＳに基づく分光技法は、原理上、単一分子の検出を可能にする。光ファイバプローブ１０２の金属被膜に近接近する心臓マーカー分子から放射する表面増感された分光信号は、光ファイバプローブ１０２によって収集され、分光装置１００に送信される。そこでは、表面増感されたスペクトル信号はスペクトル分析器１１８を用いて分析され、処理装置によってさらに処理される。
【００３５】
光ファイバプローブは移動可能なカテーテルとして実施されるので、心臓血液系内の光ファイバプローブ１０２の場所は、場所モジュール１１２を用いて決定されなければならない。光ファイバプローブ１０２の位置に対する心臓マーカー濃度を例証するグラフを生成するために、光ファイバプローブ１０２の場所情報を、対応する場所から得られる分析された分光信号と相関し得る。場所情報と心臓マーカー濃度を示す対応する分光信号との相関は、処理装置１１６によって遂行される。好ましくは、処理装置１１６は、場所モジュール１１２から得られる場所情報をスペクトル分析器１１８から得られる分光データと相関するために、コンピュータプログラムを使用する。その上、処理装置１１６は、ディスプレイ１０８を使用することによって、獲得され且つ相関されたデータのグラフィックな例証をもたらす。
【００３６】
その上、分光系１００は、患者の心臓血液系を通じて光ファイバプローブ１０２を移動するための手段を含む。この好ましくは一定の移動は、引き戻しモードにおいて遂行される、即ち、光ファイバプローブ１０２は特定の位置まで血管内に挿入され、次に、一定速度で連続的に引き戻される。この一定の移動の間、分光データが得られる。代替的に、カテーテルのより柔軟な取扱いを可能にする可変速度を備えた移動も遂行し得る。
【００３７】
図２は、対物レンズ１０４及び光ファイバ１０６を備える光ファイバプローブ１０２のブロック図を示している。ここでは、光ファイバプローブ１０２、対物レンズ１０４、及び、光ファイバ１０６は、図１において既に例証されたのと同一の機能性をもたらす。追加的に、光ファイバプローブ１０２の遠位端１０４は、表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）のような表面増感分光効果を誘発するのに役立つ薄い金属被膜１２０を含む。典型的には、金属被膜の厚さは、数ナノメートルの範囲内にあり、明確な表面粗さを特色にする。薄い金属被膜の厚さ及び粗さは、薄い金属被膜１２０の表面に近い電磁場の最適な強化のために設計される。
【００３８】
図３は、光ファイバプローブ１０２の断面図を示している。ここでは、光ファイバプローブ１０２は、２つの光ファイバ導波管１３４，１３６を含む。導波管１３４は、励起放射線１４０の伝送用の光ファイバの芯線として実施されるのに対し、導波管１３６は、戻り放射線１４２の伝送用の多モードクラッディングとして働く。原理上、内側の導波管１３４は単モード導波管として実施されるのに対し、導波管１３６は、好ましくは、多モード導波管構造として実施される。代替的に、両方の導波管１３４，１３６を光ファイバの束として設計し得る。
【００３９】
この実施態様において、対物レンズ１０４は、励起放射線１４０の放射線及び戻り放射線１４２の収集をもたらす。ファイバ１０２の端部小面に埋設された適切なフィルタが、収集された放射線の十分なスペクトルフィルタリングをもたらし得る。
【００４０】
表面増感分光効果を誘発するよう、対物レンズ１０４は、好ましくは貴金属の被膜１２０を有する。その上、表面増感ラマン分光法は、非弾性的な散乱プロセスが薄い金属被膜１２０の表面に近接近して起こるので、金属被膜は、表面処理に晒されるのが好ましい。そのような表面処理を用いて、特定の捕捉分子が、金属被膜上で固定され且つ血液流中を流れるＣＲＰ又はｈｓＣＲＰのような特定の心臓マーカー１３０を捕捉し得るよう準備される。これは、金属被膜１２０までの心臓マーカー１３０の距離が、十分な信号強化を可能にする特定の閾値未満であることを保証するためである。典型的には、この閾値は数十ナノメートルの範囲内にある。
【００４１】
捕捉分子１３０は、例えば、トロポニンｌ（Ｔｎ１）、トロポニンＴ（ＴｎＴ）、トロポニンＣ（ＴｎＣ）、ミオグロビン、脂肪酸結合タンパク質（ＦＡＢＰ）、グリコーゲンホスホリラーゼイソ酵素ＢＢ（ＧＰＢＢ）、高濃度ＣＲＰ等のような様々な心臓マーカーへの単クローン抗体である。
【００４２】
図４は、反射素子１２１を備える光ファイバプローブ１０２を例証している。図３に例証されるのと類似して、光ファイバプローブ１０２は、励起放射線１４０及び戻り放射線１４２の十分な反対方向伝播をもたらす複数の導波管１３４，１３６を有する。ここでは、光ファイバプローブ１０２は、対物レンズを使用しない。その代わり、光ファイバプローブ１０２の端部小面は、励起放射線のための並びに戻り放射線のための高い反射率を特色とする反射素子１２１を有する。導波管１３４から放射する励起放射線１４０は、反射素子１２１の表面で反射され、導波管１４２に再侵入する。この伝播の間、励起放射線は、心臓マーカー分子１３０で非弾性的な散乱プロセスに晒されるようになり得る。結果として生じる周波数偏移された戻り放射線は、導波管１３６によって収集され、スペクトル分析器に伝送され得る。
【００４３】
非弾性的な散乱プロセスが生じる可能性を増大するために、反射素子は、好ましくは、表面増感分光効果を誘発する薄い金属被膜で被覆される。その上、明確な捕捉分子をその表面に固定するために、反射素子１２１は、表面処理プロセスに晒されるようになる。このようにして、反射素子は、明確な種類の心臓マーカー分子を集め且つ吸着するよう構成される。その結果、励起放射線対戻り放射線の信号比は目に見えるほどに増大する。
【００４４】
一般的に、反射素子を使用する多種多様な実施態様が考えられる。図４中の傾斜された反射素子１２１は１つの実施例である。例えば、球面鏡又は放物鏡のような他の種類の反射素子も用いることができ、それらは戻り放射線の強度をさらに一層強化する。
【００４５】
図５は、患者の心臓血液系内に挿入されたときの本発明の光ファイバプローブ１０２の断面図を示している。管壁１２２，１２４は、血管の上方及び下方境界を示している。管壁１２２の上部は、繊維状キャップ１２６によって被覆される脆弱なプラーク１２８の堆積によって分かるように、アテローム性動脈硬化症の影響下にある。複数の心臓マーカー分子１３０は、脆弱なプラーク１２８及び繊維状キャップ１２６によって表わされる炎症を示している。Ｃ反応性タンパク質（ＣＲＰ）又は高感度Ｃ反応性タンパク質（ｈｓＣＲＰ）のような心臓マーカーは、急性期反応物質であり、急性の外傷、感染、又は、他の炎症性刺激に反応して肝臓によって解放される。ＣＲＰのような心臓マーカーは、脆弱なプラーク１２８によって表わされる炎症又は障害の付近に集まる。従って、脆弱なプラーク１２８の近傍におけるＣＲＰの濃度は、炎症に晒されない領域内よりも目に見えるほど高い。
【００４６】
引っ張り方向１３２によって指し示されるように、光ファイバプローブ１０２を左に引っ張りながら、同時に心臓マーカー分子１３０から放射する表面増感ラマン分光信号を監視することは、場所特定心臓マーカー分布を生成することを可能にする。
【００４７】
図６は、光ファイバプローブの位置に対する心臓マーカーの濃度を提供する図表を示している。垂直方向４０４において、グラフは指定された心臓マーカー分子の濃度レベルを提供している。水平方向４０２において、血管内の光ファイバプローブの縦位置が与えられている。光ファイバプローブの位置に対する心臓マーカー分子の濃度レベルのプロットの結果、グラフ４００が得られる。グラフ４００は、例えば、脆弱なプラークの吸収のような血管内の炎症の位置を指し示す、特定距離にある顕著なピークを特色とする。ピークの高さは、次いで、心臓マーカーの濃度レベルを指し示し、従って、炎症レベルを指し示している。
【００４８】
分光特性に関して特に異なる様々な異なる心臓マーカーを使用することによって、異なる種類の炎症を十分に検出し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】分光系を示すブロック図である。
【図２】光ファイバプローブを示すブロック図である。
【図３】吸着心臓マーカー分子を備える光ファイバプローブを示す断面図である。
【図４】反射器を備える光ファイバプローブを示す概略図である。
【図５】心臓血管系内に挿入された光ファイバプローブを示す断面図である。
【図６】血管内のプローブ頭部の位置に対する心臓マーカー濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１００  分光系
１０２  光ファイバプローブ
１０４  対物レンズ
１０６  光ファイバ
１０８  ディスプレイ
１１０  分光装置
１１２  場所モジュール
１１４  光源
１１６  処理装置
１１８  スペクトル分析器
１２０  被膜
１２１  反射器
１２２  管壁
１２４  管壁
１２６  繊維状キャップ
１２８  プラーク
１３０  心臓マーカー分子
１３２  引っ張り方向
１３４  導波管
１３６  導波管
１４０  励起放射線
１４２  戻り放射線
【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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【国際調査報告】
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