(57)【要約】      （修正有）【課題】シースの形状により生成される、光学系の画像品質が低下する非点収差を補正する手段を提供する。【解決手段】シース５３０と、第１の導光構成要素５０１と、第２の導光構成要素５０２と、光学集束構成要素５０３と、光学補正構成要素５０７とを備えている。第２の導光構成要素と光学集束構成要素は、光学軸上で位置合わせされている。また、光学補正構成要素は、光学集束構成要素に直接接触しておらず、光学補正構成要素は、光学軸上に位置付けられていない。【選択図】図５
2019166305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シースと、
第１の導光構成要素と、
第２の導光構成要素と、
光学集束構成要素であって、前記第２の導光構成要素と前記光学集束構成要素が光学軸上で位置合わせされている、光学集束構成要素と、
光学補正構成要素であって、前記光学集束構成要素に直接接触しておらず、前記光学軸上に位置付けられていない光学補正構成要素と
を備えている、デバイス。
【請求項２】
前記光学集束構成要素は、前記第２の導光構成要素から受けた光を、前記光学補正構成要素に向けて導くビーム操作構成要素として作用するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光学集束構成要素は、屈折率分布型レンズ、ＧＩファイバレンズ、ボールレンズ、およびハーフボールレンズのうちの１つである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記光学集束構成要素の少なくとも一部分、および前記第２の導光構成要素の少なくとも一部分を囲むプロテクタをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光学補正構成要素は、前記プロテクタに装着されている、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記プロテクタが窓を有しており、前記光学補正構成要素は、前記窓に装着されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光学集束構成要素は、第１の軸上の屈折力と、前記第１の軸に直交する第２の軸上の屈折力とを有しており、前記第１の軸上の前記屈折力は、前記第２の軸上の前記屈折力に等しい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記シースは、前記第１の軸上で負の屈折力を有している、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光学補正構成要素は、前記第１の軸上で正の屈折力を有している、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光学補正構成要素は、前記第２の軸上でゼロの屈折力を有している、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
導光構成要素と、
光学集束構成要素と、
光学補正構成要素であって、前記光学補正構成要素が、前記光学集束構成要素に直接取り付けられておらず、前記光学補正構成要素が、第１の軸上の屈折力を有しており、前記光学補正構成要素が、第２の軸上の屈折力を有しており、前記第１の軸上の前記屈折力が、前記第２の軸上の前記屈折力とは異なっている、光学補正構成要素と
を備えている、デバイス。
【請求項１２】
前記第１の軸上の前記屈折力は、正の屈折力である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の軸上の前記屈折力は、ゼロである、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記光学集束構成要素は、光を前記光学補正構成要素に向けて導くように構成された反射表面を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
プロテクタをさらに備えており、前記光学補正構成要素は、前記プロテクタに取り付けられている、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
導光構成要素と、
光学集束構成要素と、
前記光学集束構成要素の少なくとも一部分を囲み、窓を含んでいるプロテクタと、
前記プロテクタの前記窓に位置付けられた光学補正構成要素と
を備えているデバイス。
【請求項１７】
前記光学補正構成要素は、平坦な第１の表面と、凹状であり第１の軸上の正の屈折力を有する第２の表面とを含んでいる、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１の軸に直交する第２の軸上で、前記第２の表面がゼロの屈折力を有する、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１の表面は、前記第２の表面よりも前記光学集束構成要素に近い、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記プロテクタに取り付けられた非外傷性の先端をさらに備えている、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記導光構成要素、前記光学集束構成要素、および前記光学補正構成要素は、第１の光ビームを光コヒーレンストモグラフィ用に伝送するように構成され、第２の光ビームを蛍光撮像のために伝送するように構成されている、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記光学補正構成要素は、光コヒーレンストモグラフィ撮像用に、光の波長の非点収差を補正する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記光学補正構成要素は、蛍光励起用に、光の波長の非点収差を補正する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２４】
光コヒーレンストモグラフィ撮像用の光の波長の平均焦点距離が、蛍光励起用の光の波長の平均焦点距離の２ｍｍ以内にあるように、前記光学補正構成要素は、前記光コヒーレンストモグラフィ撮像用の光の波長の非点収差を補正し、前記光学補正構成要素は、前記蛍光励起用の光の波長の非点収差を補正する、請求項１６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に光学プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学撮像カテーテルまたは内視鏡光学系は、通常壊れやすく、したがって多くの場合、シースによって保護される。シースの形状によって、光学系に非点収差が生成される。非点収差によって、２つの直交方向の光ビームの焦点が、異なる距離で異なるビームサイズで収束する、または一方向では発散し、別方向では収束するようになる。この非点収差によって、光学系の画像品質が低下する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
デバイスのいくつかの実施形態は、シースと、第１の導光構成要素（ｌｉｇｈｔ−ｇｕｉｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）と、第２の導光構成要素と、光学集束構成要素（ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）であって、第２の導光構成要素と光学集束構成要素が光学軸上で位置合わせされている、光学集束構成要素と、光学補正構成要素（ｏｐｔｉｃａｌ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを備えている。光学補正構成要素は、光学集束構成要素に直接接触しておらず、光学補正構成要素は、光学軸上に位置付けられていない。
【０００４】
デバイスのいくつかの実施形態は、導光構成要素と、光学集束構成要素と、光学補正構成要素とを備えている。光学補正構成要素は、光学集束構成要素に直接取り付けられていない。また、光学補正構成要素は、第１の軸上の屈折力（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｏｗｅｒ）を有しており、光学補正構成要素は、第２の軸上の屈折力を有しており、第１の軸上の屈折力は、第２の軸上の屈折力とは異なっている。
【０００５】
デバイスのいくつかの実施形態は、導光構成要素と、光学集束構成要素と、光学集束構成要素の少なくとも一部分を囲み、窓を含んでいるプロテクタと、プロテクタの窓に位置付けられた光学補正構成要素とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、光コヒーレンストモグラフィ（ｏｐｔｉｃａｌ−ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ−ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図２】図２は、光学プローブ、駆動ケーブル、およびシースを含む光学撮像デバイスの例示的な実施形態の部分切欠図である。
【図３】図３は、光線の定義および座標系を示す図である。
【図４】図４は、光学撮像系の例示的な実施形態の概略図である。
【図５】図５Ａは、光学プローブ、駆動ケーブル、およびシースを含む光学撮像デバイスの例示的な実施形態の部分切欠図である。図５Ｂは、Ａ−Ａ線から見た図５Ａの光学補正構成要素の例示的な実施形態の図である。
【図６】図６Ａは、光学プローブの例示的な実施形態を示す図である。図６Ｂは、Ａ−Ａ線から見た図６Ａの光学補正構成要素の例示的な実施形態を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、光学プローブおよびシースの例示的な実施形態の矢状方向（サジタル）ビュー（ｓａｇｉｔｔａｌ  ｖｉｅｗ）および接線方向ビュー（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｖｉｅｗ）の図である。
【図８】図８は、図７Ｃ〜図７Ｄに示されている光学プローブおよびシースの例示的な実施形態のための、ビーム半径対作動距離のプロットである。
【図９】図９は、図７Ｃ〜図７Ｄに示されている光学プローブおよびシースの例示的な実施形態における、光学プローブの光学軸から垂直方向に１．７ｍｍ離れた焦点での波長λ＝１．３１μｍおよびλ＝０．６３３μｍの幾何学的スポット半径を示す図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｄは、光学プローブおよびシースの例示的な実施形態の矢状方向（サジタル）ビューおよび接線方向ビューの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下のパラグラフでは、説明のための特定の実施形態を記述している。他の実施形態は、代替形態、等価形態、および修正形態を含んでもよい。加えて、説明のための実施形態は、いくつかの新規の特徴を含んでいてもよく、特定の特徴は、本明細書に記述されているデバイス、システム、および方法のうちのいくつかの実施形態には必須でなくてもよい。
【０００８】
いくつかの光学撮像デバイス（例えば内視鏡）は、人間の患者などの被検体の内側から画像をキャプチャするように構成される。これらの光学撮像デバイスは、光学プローブを含んでいてもよく、光学プローブは、遠位端部にレンズとミラーの両方を含んでいてもよい。レンズおよびミラーは、光ビームを集束させ、光ビームを集め、光ビームを案内する。また、光学プローブを対象（例えば器官、組織）にナビゲートする、光を対象に送達する、および対象によって反射された光を検出するために、光学プローブ内の１つまたは複数の光ファイバを使用することができる。さらに、光学撮像デバイスは、光学プローブを囲むシースを含んでいてもよい。
【０００９】
例えば、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）用に構成された光学プローブは、対象（例えば器官）の表面内の血管の深度分解画像をキャプチャすることができる。光学プローブからの光ビームが表面を横切るように回転すると、光学プローブは、表面内の血管の断面画像を得ることができる。３次元データを得るために、光学プローブを、ヘリカル走査パターンからの画像を得るための回転中に、長手方向に並進させることができる。このヘリカル走査は、光学プローブが回転している間に光学プローブの先端を近位端部に向けて後ろに引くことによって、または光学プローブが回転している間に光学プローブの先端を遠位端部に向けて押すことによって、実行することができる。
【００１０】
シースは、光ビームがシースを通って進むことができるように、透明、またはほぼ透明であってもよい。シースは屈折力を有するが、シースの屈折力は、シースの内側の媒体と外側の媒体が同じである（例えば、シースの内側の媒体と外側の媒体が両方とも空気である、シースの内側の媒体と外側の媒体が両方とも同じ造影剤である）場合には、それほど強くない。しかし、媒体が異なる場合には、シースはより強い屈折力を有する。例えば、シースの内側の媒体が空気であり、シースの外側の媒体が造影剤である場合、シースは矢状方向（サジタル方向）において負の屈折力を有する。加えて、シースの直径が小さいほど、シースの屈折力は強くなり、シースにより引き起こされる非点収差が大きくなる。
【００１１】
図１は、ＯＣＴシステムの例示的な実施形態を示している。ＯＣＴシステム１０は、光源１１、基準アーム１２、試料アーム１３、ビームスプリッタ１４、および１つまたは複数の検出器１７を含んでいる。光源１１は光を放射し、光源１１は、例えば短いコヒーレンス長を有する広帯域光源、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、調節可能光源、波長掃引レーザ、または白色光源とすることができる。ビームスプリッタ１４は、光をスプリットし、一部の光を基準アーム１２に導き、一部の光を試料アーム１３に導く。また、ＯＣＴシステム１０のいくつかの実施形態は、１つまたは複数のサーキュレータを使用して光をスプリットし、１つまたは複数のビームカプラを使用して光を再結合する。
【００１２】
試料アーム１３は、患者インターフェイスユニット１５と、光学撮像デバイス１９とを含んでいる。光学撮像デバイス１９は、光学プローブ１００を含んでおり、光学プローブ１００は、光ビームを試料１６に導き、試料１６から反射した、または試料１６によって散乱された光を検出する。次いで、光学プローブ１００は、この検出された光を、ビームスプリッタ１４に送信して戻す。
【００１３】
基準アーム１２は、光学遅延線１８を含んでいる。光学遅延線１８はミラーを含んでおり、光学遅延線１８を通って進む光は、ミラーに反射し、次いでビームスプリッタ１４に進んで戻る。
【００１４】
試料アーム１３および基準アーム１２からのビームは、ビームスプリッタ１４によって再結合され、それにより干渉パターンを有する再結合されたビームが生成される。再結合されたビームは、１つまたは複数の検出器１７（例えばフォトダイオード、光電子増倍管、線形ＣＣＤアレイ、画像センサ、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ）によって検出される。
【００１５】
図２は、光学プローブ２００、駆動ケーブル２２０、プロテクタ２０４、およびシース２３０を含む光学撮像デバイス２９（例えば光学撮像カテーテル、内視鏡）の例示的な実施形態の部分切欠図を示している。光学プローブ２００は、導波路である第１の導光構成要素２０１（例えばシングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、ダブルクラッド光ファイバ）と、同じく導波路である第２の導光構成要素２０２（例えばガラスロッド、ガラススペーサ、ラージコアマルチモードファイバ）と、光学集束構成要素２０３（例えば、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、ボールレンズ、ハーフボールレンズ、グレーデッドインデックス（ＧＩ）ファイバ）と、光反射構成要素２０４（例えばプリズム）とを含んでいる。また、シース２３０は、プロテクタ２０４を含んでおり、プロテクタ２０４は、光学プローブ２００の一部分を囲み、シース２３０の内側の媒体である内側媒体２１２（例えば、空気、造影剤）を含んでいる。またシース２３０は、シース２３０の外側の媒体である外側媒体２１１（例えば、空気、造影剤）によって囲まれている。シース２３０は、ほぼ透明であってもよく、または、ほぼ透明な窓を含んでいてもよく、シース２３０は、第１の軸（例えば図２のｘ軸）に沿って負の屈折力を導入し、第２の軸（例えば図２のｙ軸）に沿ってほとんど屈折力を導入しなくてもよい。
【００１６】
駆動ケーブル２２０、プロテクタ２０４、および光学プローブ２００は、互いに固定されており、光学プローブ２００は、シース２３０の内側で自由にスピンすることができる。光学プローブ２００に取り付けられた遠位端部をスピンさせるために、駆動ケーブル２２０は、その近位端部からその遠位端部にトルクを伝達する。光学プローブ２００をスピンさせることによって、光学プローブは、３６０°の視像をキャプチャすることが可能になる。
【００１７】
補正がなければ、光学撮像系２９は、シース２３０によって引き起こされる非点収差を受ける恐れがある。シースの内側面および外側面は、接線方向においてほぼ平坦であり、したがって、光学撮像デバイス２９の屈折力にほとんど影響を及ぼさない。シースの内側表面および外側表面は、矢状方向（サジタル方向）において湾曲している。空気が内側媒体２１２である場合、内側表面は負の屈折力を有するが、これは、光が空気から、シース２３０の凹状内側表面に向かって進むからである。空気が外側媒体２１１である場合、外側表面は正の屈折力を有するが、これは、光が、シース２３０の凹状外側表面から、空気に向かって進むからである。しかし、外側表面の曲率半径は、内側表面の曲率半径よりも大きいことから、外側表面の屈折力は、内側表面の屈折力ほど強くない。またシースの材料は、典型的には１．３〜１．６の範囲の屈折率（ＩＯＲ）を有しており、それにより、外側媒体２１１が造影剤であって空気ではない場合に、外側シースの屈折力が弱くなる、またはわずかに負になる。一部の造影剤は、１．４３〜１．４７の範囲のＩＯＲを有する。
【００１８】
図３は、光線の定義および座標系を示している。２つのセットの光線が、収差分析に使用される。接線方向光線（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｒａｙ）は、ｘp＝０において瞳に交差し、矢状方向（サジタル）光線（ｓａｇｉｔｔａｌ  ｒａｙ）は、ｙp＝０において瞳に交差する。以下の記述では、これらの光線の定義、およびこの座標系が使用される。
【００１９】
図４は、光学撮像系の例示的な実施形態の概略図である。光学撮像系は、光学集束構成要素４０３（例えばレンズ）と、光反射構成要素４０４と、光学補正構成要素４０７と、シース４３０とを含んでいる。
【００２０】
非点収差を低減するまたはなくすために、光学撮像系のこの実施形態は、一次光学構成要素４０３に直接取り付けられていない独立した光学補正構成要素４０７を含んでいる。光学経路では、光学補正構成要素４０７は、光学集束構成要素４０３とシース４３０との間に位置付けられる。光学補正構成要素４０７は、系のアパーチャを強化することによって、または非点収差を補正することによって、またはその両方によって、系の光学性能を改善することができる。光学補正構成要素４０７は、光学プローブのアパーチャを増大させ、光学プローブの作動距離を長くすることもできる。
【００２１】
光学補正構成要素４０７は、屈折力のある曲率を有する少なくとも１つの表面によって、非点収差を補正することができる。いくつかの実施形態では、光学補正構成要素４０７は、接線方向よりも矢状方向（サジタル方向）においてより正の効果がある屈折力を有するレンズとして作用し、このことは、矢状方向（サジタル方向）におけるシースの負の屈折力を補償することができる。またいくつかの実施形態は、光学補正構成要素４０７を有し、光学補正構成要素４０７は、接線方向においてより負の効果がある屈折力を有するレンズとして作用し、このことは、矢状方向（サジタル方向）におけるシースの負の屈折力を補償することができる。
【００２２】
図５Ａは、光学プローブ５００、駆動ケーブル５２０、およびシース５３０を含む光学撮像デバイス５９の例示的な実施形態の部分切欠図を示している。光学プローブ５００は、第１の導光構成要素５０１（例えば光ファイバ）と、第２の導光構成要素５０２（例えばガラスロッドスペーサ）と、光学集束構成要素５０３（例えばレンズ）（この実施形態ではビーム操作構成要素でもある）と、プロテクタ５０５と、非外傷性の先端（ａｔｒａｕｍａｔｉｃ  ｔｉｐ）５０６と、光学補正構成要素５０７とを含んでいる。
【００２３】
第１の導光構成要素５０１および第２の導光構成要素５０２は、１つまたは複数の光ビームを光学プローブ５００の遠位先端に送達するように構成される。第１の導光構成要素５０１は、例えばダブルクラッドファイバ、マルチモードファイバ、偏光保持ファイバ、またはシングルモードファイバとすることができる。第２の導光構成要素５０２は、例えばガラスロッド、ラージコアファイバ、または、光ビームの開口数（ＮＡ）を光学集束構成要素５０３のエントランスに合わせて調整するために使用することができる別のスペーサとすることができる。異なる長さのガラスロッドスペーサを使用することによって、開口数（ＮＡ）を調整することができる。また、いくつかの実施形態では、ガラスロッドスペーサの光学特性は調整可能であり、それによりＮＡを調整することもできる。またいくつかの実施形態では、第２の導光構成要素５０２の端面は、第１の導光構成要素５０１の端面に融着接続される。
【００２４】
加えて、図５Ａのｙ軸は、第１の導光構成要素５０１または第２の導光構成要素５０２の長手方向軸と位置合わせされている。しかし一部の記述では、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の配向は、右手の法則によって決定され、その場合には、ｚ軸が光伝播の軸である。したがって、ｚ軸が光伝播の軸であった場合、図５Ａのｚ軸が、第１の導光構成要素５０１または第２の導光構成要素５０２の長手方向軸と位置合わせされることになる。
【００２５】
この実施形態では、光学集束構成要素５０３は、直交軸に沿って等しく、またはほぼ等しく光ビームを集束させるボールレンズである。したがって、ボールレンズの屈折力は、第１の軸と第２の軸について等しくてもよく、またはほぼ等しくてもよい。また、ボールレンズは、第２の導光構成要素５０２に取り付けられてもよく、または例えば加熱プロセスによって、第２の導光構成要素５０２の端面から形成されてもよい。光学集束構成要素５０３のこの実施形態は、反射表面５０３ａを含んでおり、反射表面５０３ａは、ミラー仕上げを有する表面（例えば全内部反射（ＴＩＲ）表面）、またはＴＩＲ条件を満たさず、ミラーとして作用する堆積層を有する表面である。堆積層は、例えば保護された銀、金、またはアルミニウムとすることができる。加えて、反射表面５０３ａのこの実施形態は、無視できるほど小さい屈折力を有する、または屈折力を有していない。
【００２６】
円筒形状であることから、シース５３０は、光学プローブ５００からの光を屈折させる非対称な屈折力を有する。例えば、クリアな、またはほぼクリアなシース５３０（もしくはシース５３０の窓）は、第１の軸（例えば図３Ａのｘ軸）に沿って、負の屈折力を導入してもよく、第２の軸（例えば図３Ａのｙ軸）に沿って、ほとんど屈折力を導入しなくてもよい。
【００２７】
この実施形態では、光学補正構成要素５０７は、おおよそ円筒形のレンズである。レンズは、矢状方向（サジタル方向）と接線方向の両方においてほとんど屈折力を導入しない屈折表面を有しており、矢状方向（サジタル方向）に正の屈折力を導入し、接線方向にはほとんど屈折力を導入しない屈折表面を有している。したがって、光学補正構成要素５０７はシース５３０の屈折力を補償する。
【００２８】
また、光学撮像デバイス５９の構成要素は、特定の環境に適合するように選択することができる。光学撮像デバイス５９のいくつかの実施形態は、特に空気環境で使用されるように構成され、光学撮像デバイス５９のいくつかの実施形態は、特に液体環境で使用されるように構成される。液体環境を構成する液体は、例えば生理食塩水、デキストラン、水、または液体の組合せとすることができる。光学集束構成要素５０３、光学補正構成要素５０７、およびシース５３０は、光学撮像デバイス５９が使用されることになる環境の屈折率に応じて、選択されてもよい。
【００２９】
例えば、いくつかの実施形態では、光学集束構成要素５０３は、Ｐx＝Ｐy＝ＰDesired（ここでＰxはｘ軸上の屈折力、Ｐyはｙ軸上の屈折力、およびＰDesiredは光学撮像デバイス５９の所望の合計屈折力である）によって記述することができ、光学補正構成要素５０７は、Ｐx＝正の屈折力、およびＰy＝０によって記述することができ、シース５３０は、Ｐx＝負の屈折力、およびＰy＝０によって記述することができる。この表記は、光学集束構成要素５０３からの反射の前と後の両方で光伝播の軸がｚ軸であることを仮定しており、それにより、光学集束構成要素５０３の反射によって引き起こされる図５Ａの軸の変化を記述する必要がなくなることに留意すべきである。
【００３０】
加えて、いくつかの実施形態では、光学補正構成要素５０７の第１の表面５０７ａは、ほぼ平坦であり、屈折力を有しておらず、光学補正構成要素５０７の第２の表面５０７ｂは円筒形の凹状表面であり、それにより第１の軸（例えば図５Ａのｘ軸）に正の屈折力が導入される。第１の軸上の正の屈折力は、シースの負の屈折力の効果と第１の軸上で整合することができる。図５Ｂは、Ａ−Ａ線から見た図５Ａの光学補正構成要素５０７の例示的な実施形態を示している。
【００３１】
いくつかの実施形態では、光学補正構成要素５０７は、両表面において屈折力を有している。また、光学補正構成要素５０７の表面は、アナモルフィックであってもよく、したがって第２の軸上の屈折力とは異なる屈折力を第１の軸上で有していてもよい。
【００３２】
さらに、いくつかの実施形態では、光学集束構成要素５０３の反射表面５０３ａは、１つまたは２つの軸上で屈折力を有している。これらの実施形態では、光学補正構成要素５０７は、不要であってもよい。加えて、光学集束構成要素５０３は、ＧＲＩＮレンズおよび研磨プリズムから構成されてもよい。また光学プローブ５００のいくつかの実施形態は、光学集束構成要素５０３を含んでおらず、その代わりに、ビームを操作するように研磨されている第２の導光構成要素５０２を含んでいる。
【００３３】
さらに、光学プローブ５００のいくつかの実施形態は、２つ以上の波長の光ビームを伝送および放射するように構成される。例えば、マルチモードの光コヒーレンストモグラフィ用に構成されたいくつかの実施形態は、ＯＣＴに適した波長を有する１つのビームを放射し、蛍光撮像に適した波長を有する別のビームを放射する。光学プローブ５００の部材のサイズ、および光学プローブ５００の部材の配置は、所望のビーム幅および所望の作動距離を作り出すように構成されてもよい。
【００３４】
光学プローブ５００のいくつかの実施形態は、１．３１μｍの波長を有する光を用いたＯＣＴ撮像と、０．６３３μｍの波長を有する光を用いた蛍光マッピングとを同時に行うマルチモダリティシステム用に構成される。撮像の仕様によっては、構造的情報を提供することができるＯＣＴ波長を、設計された最適作動距離に集束させて横方向分解能を提供し、その一方で、ＯＣＴ撮像の最適作動距離からわずかにずらして蛍光波長を集束させ、それにより、蛍光波長が、ＯＣＴ撮像の最適作動距離において低い横方向分解能を有する大きいビームサイズを持つことができるようにすることが、不可欠であり得る。
【００３５】
例えば冠状動脈において、対象である動脈の直径は、約２ｍｍ〜４ｍｍであることが多い。光学プローブ５００が動脈の中心に位置付けられたと仮定すると、動脈の半径が作動距離に相当し、それは光学プローブ５００の光学軸から１〜２ｍｍである。
【００３６】
ＯＣＴ波長と蛍光波長の両方は、血管を貫通し、したがっていくつかの実施形態では、焦点位置または作動距離は、１〜３ｍｍにおいて最適である。これらの作動距離の範囲内で、焦点は２つのモダリティ間で異なってもよい。光学プローブ５００のいくつかの実施形態（例えば冠状動脈測定用）は、例えば図８の実施形態のように、互いに２ｍｍ以内である焦点距離または作動距離を有する。例えば、より大きい血管（例えば末梢動脈）に使用される実施形態など、いくつかの実施形態は、血管の直径および所望の作動距離に対応して、焦点距離または作動距離においてより大きい差を有している。
【００３７】
焦点の最適化は、２つの波長の屈折率を使用し、最適化の問題を解決することによって、実現することができる。最適化の際、１つまたは複数の光学構成要素をスプリットする、またはスペーサを加えることによって、２つの波長の屈折率の異なる組合せとともに、別の材料を加えることが効率的であり得る。
【００３８】
また、光学プローブ５００のいくつかの実施形態は、ＯＣＴおよび蛍光撮像に加えて、またはその代わりに、近赤外分光法などの他のモダリティ用に構成される。
【００３９】
図６Ａは、光学プローブの例示的な実施形態を示している。光学プローブ６００は、第１の導光構成要素６０１（例えば光ファイバ）と、第２の導光構成要素６０２（例えばガラスロッドスペーサ）と、光学集束構成要素６０３（例えばレンズ）（この実施形態ではビーム操作構成要素でもある）と、光学補正構成要素６０７とを含んでいる。
【００４０】
光学補正構成要素６０７は、第１の屈折表面６０７ａを含んでいる。この実施形態では、第１の屈折表面６０７ａはほぼ平坦であり、第１の軸（例えば図６Ａのｘ軸）上で屈折力を有しておらず、第２の軸（例えば図６Ａのｙ軸）上で屈折力を有していない。光学補正構成要素６０７は、第２の屈折表面６０７ｂも含んでいる。この実施形態では、第２の屈折表面６０７ｂは、凸状、またはほぼ凸状の表面であり、第１の軸（例えば図６Ａのｘ軸）に沿って正の屈折力を有し、第２の軸（例えば図６Ａのｙ軸）に沿ってほとんど、または全く屈折力を有していない。図６Ｂは、Ａ−Ａ線から見た図６Ａの光学補正構成要素６０７の例示的な実施形態を示している。
【００４１】
図７Ａ〜図７Ｄは、光学プローブおよびシースの例示的な実施形態の矢状方向（サジタル）ビューおよび接線方向ビューの図を示している。図７Ａ〜図７Ｂは、第１の導光構成要素７０１と、第２の導光構成要素７０２と、光学集束構成要素７０３とを含んでいるが、光学補正構成要素７０７を含んでいない光学プローブ７００ａの実施形態の接線方向ビューおよび矢状方向（サジタル）ビューを示している。図７Ｃ〜図７Ｄは、第１の導光構成要素７０１と、第２の導光構成要素７０２と、光学集束構成要素７０３と、光学補正構成要素７０７とを含んでいる光学プローブ７００ｂの実施形態の接線方向ビューおよび矢状方向（サジタル）ビューを示している。
【００４２】
図７Ａ〜図７Ｄでは、開口数０．０９を有するダブルクラッドファイバである第１の導光構成要素７０１によって伝送される光は、２４０μｍ長のコアレスファイバである第２の導光構成要素７０２を通って進む。次いで、光は、３００μｍの直径を有する溶融石英ボールレンズである光学集束構成要素７０３に入る。光学集束構成要素７０３は、研磨表面への光の入射角度が約５１°になるように、角度を付けて研磨される。光は、研磨表面によって反射され、次いで光学集束構成要素７０３の下湾曲部を通って、シース７３０に向かって進む。
【００４３】
シース７３０は、０．５８４ｍｍの内径、０．７８７ｍｍの外径、および約１．５の屈折率を有する。接線方向において、シース７３０への主光線の入射角度は、空気中で約２０°である。またシース７３０は、屈折率１．４５を有する造影剤７１１に浸される。
【００４４】
図７Ａ〜図７Ｂに示されている実施形態では、光は、光学集束構成要素７０３の下湾曲部から出て、空気中を進み、次いでシース７３０を通って進む。シース７３０は、負の屈折力を有することから、光は矢状方向（サジタル方向）に発散する。
【００４５】
それとは対照的に、図７Ｃ〜図７Ｄに示されている実施形態では、光は光学集束構成要素７０３の下湾曲部を出て、空気中を進み、次いで光学補正構成要素７０７を通って進んでから、さらに空気中を通り、次いでシース７３０に進む。この実施形態では、光学補正構成要素７０７は、ＢＫ７から作られた平凸レンズである。光学補正構成要素７０７は、１００μｍの厚さで、その曲率半径はその湾曲表面上で２８０μｍである。光学補正構成要素７０７と光学集束構成要素７０３との間には、２０μｍの空気間隙があり、光学補正構成要素７０７とシース７３０の内側表面との間には、２０μｍの空気間隙がある。１３１０μｍの波長におけるＯＣＴビーム、および６３３μｍの波長における蛍光ビームの非点収差は、両方とも、光学プローブ７００ｂの長手方向軸から垂直方向に測定して１．７ｍｍ離れた点にビームが集束するように、補正される。例えば、シース７３０が０．４ｍｍの外側半径を有し、焦点が、シース７３０の長手方向軸から１．７ｍｍ離れていた場合には、焦点は、シース７３０の外径から１．３ｍｍのところにあることになる。
【００４６】
図８は、図７Ｃ〜図７Ｄに示されている光学プローブ７００ｂとシース７３０の例示的な実施形態について、ビーム半径対作動距離のプロットを示している。図８は、λ＝１．３１μｍの波長の光ビームが、接線方向と矢状方向（サジタル方向）の両方において同じ距離（光学プローブの光学軸から約１．７ｍｍまで）に集束していることを示している。
【００４７】
図９は、図７Ｃ〜図７Ｄに示されている光学プローブ７００ｂおよびシース７３０の例示的な実施形態において、光学プローブ７００ｂの光学軸から垂直方向に測定して１．７ｍｍ離れている焦点におけるλ＝１．３１μｍの波長およびλ＝０．６３３μｍの波長の幾何形状スポット半径を示している。回折限界は、１．３１μｍの波長λ（λ＝１．３１μｍ）でエアリー半径４０．９５μｍを有し、０．６３３μｍの波長λ（λ＝０．６３３μｍ）でエアリー半径１９．７９μｍを有する。
【００４８】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、光学プローブおよびシースの例示的な実施形態の矢状方向（サジタル）ビューおよび接線方向ビューの図を示している。図１０Ａ〜図１０Ｂは、第１の導光構成要素１００１と、第２の導光構成要素１００２と、光学集束構成要素１００３とを含んでいるが、光学補正構成要素を含んでいない光学プローブ１０００ａの実施形態の接線方向ビューおよび矢状方向（サジタル）ビューを示している。図１０Ｃ〜図１０Ｄは、第１の導光構成要素１００１と、第２の導光構成要素１００２と、光学集束構成要素１００３と、光学補正構成要素１００７とを含んでいる光学プローブ１０００ｂの実施形態の接線方向ビューおよび矢状方向（サジタル）ビューを示している。
【００４９】
図１０Ａ〜図１０Ｄでは、開口数０．０９を有するダブルクラッドファイバである第１の導光構成要素１００１によって伝送された光は、６６０μｍ長のコアレスファイバである第２の導光構成要素１００２を通って進む。次いで、光は、３００μｍの直径を有する溶融石英ボールレンズである光学集束構成要素１００３に入る。光学集束構成要素１００３は、研磨表面への光の入射角度が約５１°になるように、角度を付けて研磨される。光は、研磨表面によって反射され、次いで光学集束構成要素１００３の下湾曲部を通って、シース１０３０に向かって進む。
【００５０】
シース１０３０は、０．５８４ｍｍの内径、０．７８７ｍｍの外径、および約１．５の屈折率を有する。接線方向において、シース１０３０への主光線の入射角度は、空気中で約２０°である。またシース１０３０は、屈折率１．４５を有する造影剤１０１１に浸される。
【００５１】
図１０Ａ〜図１０Ｂに示されている実施形態では、光は、光学集束構成要素１００３の下湾曲部から出て、空気中を進み、次いでシース１０３０を通って進む。シース１０３０は、負の屈折力を有することから、光は接線方向に発散する。
【００５２】
それとは対照的に、図１０Ｃ〜図１０Ｄに示されている実施形態では、光は、光学集束構成要素１００３の下湾曲部を出て、空気中を進み、次いで光学補正構成要素１００７を通って進んでから、再び空気中を通り、次いでシース１０３０を通って進む。この実施形態では、光学補正構成要素１００７は、ＢＫ７から作られた平凸レンズである。光学補正構成要素１００７は、８０μｍの厚さで、その曲率半径はその湾曲表面上で４５０μｍである。光学補正構成要素１００７と光学集束構成要素１００３との間には、２０μｍの空気間隙があり、光学補正構成要素１００７の中心とシース１０３０の内側表面との間には、４２μｍの空気間隙がある。１３１０μｍの波長におけるＯＣＴビーム、および６３３μｍの波長における蛍光ビームの非点収差は、両方とも、光学プローブ１０００ｂの長手方向軸から垂直方向に測定して１ｍｍ離れた点にビームが合焦するように、補正される。
【００５３】
特許請求の範囲は、上述した実施形態に限定されず、様々な修正形態および等価の構成を含む。また本明細書において使用される場合、「または」という接続詞は、全体的には包括的な「または」を指すが、明確に示されている場合、または文脈上「または」が排他的な「または」でなくてはならないことが示されている場合には、「または」は排他的な「または」を指すことができる。
【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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【外国語明細書】
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