(57)【要約】脈管内分析のための方法、装置およびシステムは、少なくとも３つの分析モダリティーを組み合せる。一実装において、脈管内の超音波、光学干渉性断層撮影法、および近赤外分光学が組み合わされ、１回の脈管内処置中に動脈形態における複数の異なる異常の検出を可能にする。脈管内カテーテルシステムは、少なくとも１つの光ファイバと、少なくとも１つの供給源と、干渉計と、光処理モジュールと、超音波トランスデューサと、超音波サブシステムとを備えている。
2011519689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光ファイバであって、該少なくとも１つの光ファイバは、該光ファイバの遠位端と近位端との間で光放射を伝送するように構成され、該光ファイバの該遠位端は動脈壁と光通信する、光ファイバと、
光放射の少なくとも１つの供給源であって、該光放射の少なくとも１つの供給源は、該光ファイバの一部分と光学的に連結され、該光ファイバによって該動脈壁に伝送される光放射を生成するように構成される、供給源と、
干渉計であって、該干渉計は、該光ファイバの一部分に光学的に連結され、該動脈壁から該光ファイバによって伝送された光放射を受信することと、該動脈壁の表面下の画像化のために干渉信号を提供することとを行うように構成される、干渉計と、
光処理モジュールであって、該光処理モジュールは、該光ファイバの一部分に光学的に連結され、該動脈壁から該光ファイバによって伝送された光放射を受信することと、該動脈壁から集められた光の検出された強度からの該動脈壁に関する分光器情報を提供することとを行うように構成される、光処理モジュールと、
超音波トランスデューサであって、該超音波トランスデューサは、超音波エネルギを該動脈壁の方に伝送することと、該動脈壁から反射された超音波エネルギを受信することと、該受信された超音波エネルギを電気信号に変換することとを行うように構成される、超音波トランスデューサと、
超音波サブシステムであって、該超音波サブシステムは、該超音波トランスデューサと通信し、該電気信号から超音波画像を生成するように構成される、超音波サブシステムと
を備えている、脈管内カテーテルシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光ファイバは送達ファイバと収集ファイバとを備え、前記少なくとも１つの供給源は該送達ファイバの一部分に光学的に連結され、前記干渉計は、該送達ファイバの一部分に光学的に連結され、前記動脈壁から該送達ファイバによって伝送された光放射を受信するように構成され、前記光処理モジュールは、該収集ファイバの一部分に光学的に連結され、該動脈壁から該収集ファイバによって伝送された光放射を受信するように構成される、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項３】
前記送達ファイバは１つの空間モードのみを伝達するように構成される単一モード光ファイバであり、前記収集ファイバはマルチモードファイバを備えている、請求項２に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項４】
少なくとも１つの反射器をさらに備え、該反射器は、前記光ファイバの前記遠位端から前記動脈壁の方に光放射を再方向付けすることと、該動脈壁から該ファイバの該遠位端の方に該光放射の少なくとも一部分を再方向付けすることとを行うように構成される、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光放射供給源は、チューナブルレーザおよびスーパールミネセント発光ダイオードのうちの１つまたはその両方を備えている、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項６】
前記超音波トランスデューサは、超音波エネルギを前記動脈壁の方に伝送することと、該動脈壁から超音波エネルギを受信することとの両方を行うために時間多重化を用いるように構成される、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサと前記超音波サブシステムとの間に電気的接続を提供する１つ以上のワイヤをさらに備えている、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項８】
前記光ファイバの少なくとも一部分を覆う外側シースをさらに備えている、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項９】
前記シースの一部分に連結され、脈管内腔を通る、該シースおよび該光ファイバの移動を導くように構成されるガイドワイヤをさらに備えている、請求項８に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項１０】
前記光ファイバに沿って脈管内腔の中に挿入されるように構成される内部要素と、該脈管内腔外に配置される外部要素とを備えている位置検出システムをさらに備え、該内部要素および該外部要素は、該外部要素に対する該内部要素の位置を見つけるために該内部要素と該外部要素との間で通信するように構成される、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光ファイバおよび前記超音波トランスデューサはカテーテルコアを備え、前記システムはトルクケーブルをさらに備え、該トルクケーブルは、該カテーテルコアに連結され、該カテーテルコアの遠位部分に回転力を伝送するように構成されるトルクケーブルをさらに備えている、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項１２】
前記トルクケーブルに連結され、脈管内腔内において前記光ファイバと前記超音波トランスデューサとを引き込み、回転させるように構成される引き戻しおよび回転ユニットをさらに備えている、請求項１１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項１３】
前記引き戻しおよび回転ユニットは、前記回転する光ファイバから前記回転しない光処理モジュールに光信号を連結するようにさらに構成される、請求項１２に記載の脈管内カテーテルシステム。
【請求項１４】
前記超音波トランスデューサは、前記光ファイバの前記遠位端から遠位に間隔を空けられる、請求項１に記載の脈管内カテーテルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本出願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下に、２００８年５月７日に出願された米国仮出願第６１／０５１，２２７号の利益を主張し、その仮出願の開示は、本明細書に参照によって援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
アテローム硬化症は、血液を運ぶ脈管の壁の変異を特徴とする脈管疾患である。この変異は、脈管壁を厚くするという形態を取り得、結局は、一般的に「プラーク」と呼ばれているものを形成し得る。これらのプラークの形成、進行、安定化、または破裂に対応するメカニズムおよびこれらのプラークの人間に対する影響は、脈管内医療における集中的研究の領域であった。介入心臓病学および経皮的診断および治療処置の到来と共に、冠状アテローム硬化症疾患の患者は、もはや冠状バイパス外科手術−付随するリスクおよび回復時間の延長を伴う極めて侵襲的な処置−を自動的に甘受する必要はなくなった。冠状ステントは、狭くなった（狭窄した）脈管を再度通すために開発され、世界中で何百万というこれらのデバイスが患者に配置された。しかしながら、現在の統計によると、患者の快適性および生活の質は改善されたが、ステント使用による冠状アテローム硬化症疾患の治療が、患者の死亡数を実質的に減少させなかったことが示される。ステントを用いて治療された患者は、依然として心臓発作で突然死している。
【０００３】
冠状疾患について１０年前でさえよりもはるかに多くのことが現在公知であるが、回答されるべき多くの疑問が依然としてある。心臓発作犠牲者に関する回顧的検死研究から、血栓または血塊によって完全に塞がれた冠状動脈樹状構造の一部分がしばしばあることが示された（Ｖｉｒｍａｎｉを参照）。血栓は、典型的には脈管壁においてプラークに近接している。「原因病変」と呼ばれるこの閉塞がまさに、心臓の一部分への血液供給を遮断し、その結果、心筋の死、ことによると個人の死をもたらす。特定のプラークは、血液と接触すると、血餅形成または血塊形成を引き起こす物質を含む。これらのプラークは、膿瘍に類似する線維組織（「キャップ」）の層の後ろに血餅形成物質のレザバーまたはコアを形成したように見える。あるプロセスまたは一組のプロセスによって、線維層の完全性が損なわれ得、それによって、血液は、結局、血餅形成コアと接触することになり得る。これは、突然の出来事であり得、患者は事前の警告も、症状さえも有しない。プラークが、安定した（依然としてゆっくりと進行し得、結局は脈管を制限し得る）プラークと、不安定な（プラークの状態を急速に変化させ得る）プラークとにおおまかに分類され得る場合、主要な質問の中の質問は「どのようにそれらを区別し得るか」である。
【０００４】
アテローム硬化症疾患に対する研究は、歴史的には脈管の開口部または「内腔」における狭まりの研究であった。血管造影法は、この目的のために用いられる最も古い脈管内技術のうちの１つである。その技術は、典型的には経皮的に脈管の中に導入されるカテーテルを用い、カテーテルは、対象とする血管の中に放射線不透過性色素から成る造影剤を注入するために用いられる。ｘ線を用いて、脈管の二次元の活動画（映画（ｃｉｎｅ））または静止画が得られ得る。脈管内腔は、造影剤が流れることが可能である場合はいつでも見える。これらの画像から内腔の大きさおよび任意の狭まりまたは遮断の存在を決定し得る。プラークの存在は、時折、拡散内腔境界によって推察される。血管造影法は、長年医療の標準であり、ほとんどの医療決定のために基礎を形成するにもかかわらず、血管造影法のみでは、いくつかの制限を受ける。第１に、脈管狭まりは、必ずしも回転的に等方性ではない。二次元画像を形成するための一つのみの画角では、狭まりの領域は、過少評価され得るかまたは完全に見逃され得る。複数の視点から画像を得ることは、より多くの時間ならびに造影およびＸ線に対する患者の被爆を必要とする。制限された空間解像度と共に、「ルーメノグラム（ｌｕｍｅｎｏｇｒａｍ）」としての画像の性質は、不可能ではないにせよ、脈管壁において組織の特性についての任意の声明を困難にする。例えば、線維形成プラークと、壊死した、脂質の満たされたコアを有するプラークとを区別することは不可能である。
【０００５】
脈管内超音波（ＩＶＵＳ）は、特に血管に対する組織構造特性を測定するための画像化技術としてこの１５年において出現した。ＩＶＵＳは、超音波信号を送信し、受信するために遠位先端に音響トランスデューサを有する特別に設計されたカテーテルを用いる。いわゆる「機械的」ＩＶＵＳカテーテルは可撓性ポリマーの外側シースから成り、可撓性ポリマーの外側シースの内部にコアがあり、コアは、回転し、脈管を通って引き戻し、脈管壁の一連の周囲の走査を生成する。コアは、典型的にはＲＦ伝送線路から成り、ＲＦ伝送線路は、電子回路を駆動し、受信するために遠位端においてトランスデューサと接続する。螺旋形に巻かれたワイヤケーブルは、典型的には、ロータリモータからコアを通って遠位先端にトルクを伝えるために用いられ、一貫した角速度での先端の回転を確実にする。後方散乱の強度は、密度を含む組織特性の関数である。回転するＩＶＵＳカテーテルからの組織から戻る信号は、脈管の３６０°の断面図およびカテーテルの中心からの距離の関数として信号戻りの強度を示す半径方向の寸法を有するレーダプロットとして表され得る。ＩＶＵＳの利点は、介在する血液を通ってでも脈管の内壁の画像を得ることをＩＶＵＳが可能にすることである。１００マイクロメートル〜２００マイクロメートルの軸方向の画像解像度および５ｍｍより大きい画像深度を有して、動脈壁の石灰化および厚み増加の領域を含む、脈管壁内の様々な構造は、視覚化され得る。また、内腔と脈管内膜との間の境界ならびに中膜と外膜との間の境界は、内腔寸法およびプラークの領域または「プラークの負荷」を計算するのに十分に良好な精度で視覚化され得る。
【０００６】
光学干渉性断層撮影法（ＯＣＴ）は、ＩＶＵＳに類似した構造情報をも提供する出現しつつある（ｅｍｅｒｇｉｎｇ）技術である。ＯＣＴは、組織による光の散乱に依存し、散乱事象が発生した距離を決定するために、例えばＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を用いて光の干渉性特性を用いる。その技術は、カテーテルがガイドワイヤに沿って血管の中の対象とする部位に動かされ、ついでカテーテルのコアが引き戻され動脈を走査するという点で、ＩＶＵＳに類似する。しかしながら、いくつかの主要な相違がある。例えば、ＯＣＴ信号は、血管を貫通し得なく、画像化されている血管の部位から血液が排除されることを必要とする。これを達成するために様々な方法が用いられてきており、最も有望で、患者にとって危険の最も少ないものは、食塩水／造影剤混合のボーラスを用いる非閉塞洗浄である。この方法は、数秒で脈管区域の画像を得る。
【０００７】
別の種類の脈管内分析システムは、化学的分析モダリティーを用いる。これらのアプローチは、概して、近赤外（ＮＩＲ）分析と、ラマン分析と、蛍光スペクトル分析とを含む光学スペクトル分析による。
【０００８】
近赤外分光学（ＮＩＲまたはＮＩＲＳ）は、この場合も、スペクトルの近赤外領域における光を用い、動脈の物理的構造を画像化することではなく、動脈壁の具体的にはコレステロールである化学的構成成分を画像化することを意図する技術である。ＯＣＴとは異なり、ＮＩＲは血液を通るような測定を行い得る。ＮＩＲカテーテルの操作は、患者の中への挿入および引き戻しならびにデータの収集に関してＩＶＵＳの操作に非常に類似している。結果は、コレステロール、またはリピド、動脈の内容の二次元マップである。
【０００９】
ＮＩＲは脈管内光学カテーテルを利用し、脈管内光学カテーテルはＩＶＵＳと同様に、引き戻しおよび回転ユニットによって駆動され、引き戻しおよび回転ユニットは、対象とする血管の部位を通ってカテーテルヘッドを引き込みながら、同時にカテーテルのヘッドの長手方向軸の周りにカテーテルヘッドを回転させる。
【００１０】
この引き戻し動作中、内側脈管壁のスペクトル感度は、ラスタ走査動作において獲得される。これは、対象とする部位の空間的に分解された分光学的分析を提供する。方策は、血管壁の分光学的応答を決定することによって、それらの血管壁の化学的構成成分が例えばケモメトリック分析を適用することによって決定され得ることである。
【００１１】
ラマンスペクトル分析において、血管の内壁は、レーザなどの狭帯域信号によって照明される。次いでラマンスペクトル感度が検出される。この感度は、光子と血管壁における化学的構成成分との間の弾力性のない衝突によって生成される。このことは、同様に血管壁に対する化学的情報を生成する。
【００１２】
ＩＶＵＳ／光学の混成カテーテルが提案された。例えば、内容全体がこの参照によって本明細書に援用される特許文献１において、「脆弱性プラークの検出のためのデバイス（ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ  ｐｌａｑｕｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」が開示される。具体的には、この特許は、脈管内プローブに関し、この脈管内プローブは、血管壁の近赤外分析のための光学導波管およびポートを含み、一方同時に血管壁のＩＶＵＳ分析を可能にするためにプローブに超音波トランスデューサを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，９４９，０７２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（概要）
本発明の局面は、一回の脈管内処置において、３つ以上の脈管内分析モダリティーを組み合わせ−それによって、各モダリティーから入手できる異なる診断情報を利用する、システム、方法および装置に関する。
【００１５】
従って、本発明は、マルチモーダル脈管内分析に関する。一実施形態において、単一のカテーテルが、３つ、４つまたは５つもの診断モダリティーなどの複数の診断モダリティーを組み合せる。いくつかの例において、同じ引き戻しおよび回転のサイクル中にさえ、２つ以上の診断モダリティーが同時に用いられる。他の例において、複数のモダリティーが別個の引き戻しおよび回転サイクルにおいて連続的に用いられる。
【００１６】
概して、（例えば、ＮＩＲ、ラマン、および／または蛍光分光学的分析からの）化学的情報と、他の情報（すなわち、ＩＶＵＳおよびＯＣＴからの内腔寸法（狭窄症）、脈管寸法（ポジティブリモデリング）、キャップ厚さ（プラークの脆弱性の可能なインジケータ）およびフローワイヤからの分画流量（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）（ＦＦＲ））とを生み出すカテーテルシステムを提供することは、プラスの患者の結果の可能性を増加させる潜在力を有する。
【００１７】
例えば、ＮＩＲと、ＩＶＵＳと、ＯＣＴと、フローワイヤとを組み合せるカテーテルは、はるかに多くの包括的なデータセットを医者に提供し、その包括的情報から、医者は、ステント実施、医学療法、または冠状動脈バイパス移植術（ＣＡＢＧ）への照会を含む療法決定を行う。
【００１８】
さらに考慮することは、異なるモダリティー（例えば、血管造影法、ＮＩＲ、ＯＣＴ、ＩＶＵＳ）から得られる画像データの「融合」および画像の正確な空間同時位置決め（長手方向および回転）である。複数の侵襲性画像モダリティーを組み込む１つのカテーテルを有することは、特に診断モダリティーが同じ引き戻しおよび回転のサイクル中に用いられるとき、同時位置決めを非常に容易にする基準の固定フレームを提供する。ここにおける成功は、カテーテルに位置検出能力を含めることによってさらに促進され、その位置検出能力は、外部生成の信号、磁界、または外部検出の信号を生成するエミッタなどである。
【００１９】
本発明のこれらおよび他の特徴、局面および利点は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲および添付の図面を考慮した後、当業者に明らかになる。
【００２０】
添付の図面において、参照文字は種々の図全体を通じて同じ部品を参照する。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、本発明の原理を例示するときに強調が行われた。図は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、カテーテルの遠位端にガイドワイヤを有する脈管内プローブの断面図である。
【図２】図２は、本発明に従う、カテーテルシステムおよびシステムコントローラの使用法を例示する概略図である。
【図３】図３は、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間に手術の構成要素レイアウトを有する実施形態１〜５を例示する概略図である。
【図４】図４は、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間に手術の構成要素レイアウトを有する実施形態１〜５を例示する概略図である。
【図５】図５は、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間に手術の構成要素レイアウトを有する実施形態１〜５を例示する概略図である。
【図６】図６は、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間に手術の構成要素レイアウトを有する実施形態１〜５を例示する概略図である。
【図７】図７は、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間に手術の構成要素レイアウトを有する実施形態１〜５を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（詳細な説明）
ＩＶＵＳ分析は、医療従事者が狭窄症および他の形態のリモデリングなどの粗大な構造的異常を識別することを可能にする、動脈壁の特定の構造的外観に関する貴重な情報を提供するが、ＩＶＵＳは、プラーク組成を特徴づけるという目的に関連して若干の固有の制限を被る。この理由のため、プラークの種類を区別し治療の情報を改善するという努力においてＩＶＵＳの能力を組織の種類（例えば、石灰性、線維性、壊死性）の実際の特徴付けに広げる努力は大部分不成功であった。ＩＶＵＳの有効性を制限するＩＶＵＳの固有の制限の中には、石灰性部位がＩＶＵＳ放射の伝達を遮断することがある。冠状プラークが石灰性キャップによって覆われることはまれではなく、従って、そのようなプラークは、ＩＶＵＳ分析において未検出になり得る。また、しばしばリピドを含む、より柔らかいプラークは、概して低エコーである。従って、プラーク組成を推測しなければならないのは信号の欠如のためである。ヌル（ｎｕｌｌ）信号を用いてプラーク特性を推測することは、理想的ではなく、誤りを起こしやすくあり得る。
【００２３】
ＯＣＴは、ＩＶＵＳと同様に、動脈壁の構造的外観に関する情報を提供するが、ＩＶＵＳより最大１０倍良い解像度を有する画像を生成する能力を有する。このことは、ここでＩＶＵＳを用いては見られ得ない構造の視覚化を可能にする。特に、壊死性コアでプラークを覆う繊維性キャップの厚さはここで、高精度で測定され得る。しかしながら、ＯＣＴ光信号は、血液によって激しく減衰させられ、また組織貫通も制限される。このことは、前述のように血管から血液を排除することが必要であることを意味するのみならず、ＯＣＴを用いて達成可能な組織における画像化深度がおおよそ１ｍｍに制限される。
【００２４】
上記に説明されたように、ＮＩＲＳは、動脈の化学的構成に関する情報を提供し、動脈のコレステロールまたはリピド内容物を識別する。
【００２５】
発明者らは、それらの少なくとも３つの診断モダリティーの組み合わせが管内分析の有効性を有意に高め得ることであると結論を下した。例えば、ポジティブリモデリング（ＩＶＵＳによって最良に検出可能）、Ｔｈｉｎ  ｃａｐ（ＯＣＴによって最良に検出可能）、および壊死性コア（例えばＮＩＲなどの分光学によって最良に検出可能）などの様々な動脈の異常を識別することによって、診断精度は有意に向上させられ得る。さらにこれらの少なくとも３つのモダリティーを単一のシステム、装置および方法に組み合せることによって、診断に用いられるこれらの複数の情報の構成要素が、単一の脈管内処置において得られ得る。
【００２６】
図１は、複数の診断モダリティーを組み合せる脈管内カテーテルシステム１００の一実施形態を示す。
【００２７】
典型的な操作において、脈管内カテーテル１００は、ガイドワイヤ内腔１１０を通って突き通されるガイドワイヤ１０８を用いて血管１８の中に前進させられる。
【００２８】
カテーテルシステム１００は、内側走査カテーテルコア１１６と、外側シース１１４とをさらに備えている。走査カテーテルコア１１６とシース１１４との組み合わせは、内側カテーテルコア１１６および具体的にはカテーテル先端１１２が長手方向の平行移動（矢印５０）および回転（矢印５２）を行うことを可能にし、一方、シース１１４は、この移動が血管１８および具体的には壁１０４を損傷することを防ぐ。
【００２９】
走査カテーテルコア１１６の先端１１２は、カテーテル１００の遠位端に位置を定められ、典型的には赤外光である光を伝送し受信する光学ベンチ１１８と、超音波エネルギを伝送し受信する超音波トランスデューサシステム１２０とを含む。
【００３０】
シース１１４の少なくとも遠位端は、例えば近赤外などの光に対して透明で、光学的診断モダリティーによって用いられる材料（例えば、ポリマーなど）から構成され、またＩＶＵＳによって用いられる超音波を伝達する。
【００３１】
光学ベンチ１１８は、少なくとも１つの送達ファイバ１２２の端子１２２ｔと、少なくとも１つの収集ファイバ１２３の端子１２３ｔとを含み、送達ファイバ１２２および収集ファイバ１２３は、カテーテル１００の近位端と遠位端との間に延びる。送達ファイバ１２２の端子１２２ｔを通って伝達し、送達ファイバ１２２の端子１２２ｔから発せられる光１２５は、送達ミラー１２４によって例えば動脈壁１０４などの脈管の方に再方向付けされる。収集ミラー１２６は、動脈壁１０４の様々な深度から収集ファイバ１２３の遠位端１２３ｔの中に散乱または反射される光１２７を再方向付けする。
【００３２】
一実施形態において、焦点合わせ要素は、光ファイバ１２２からの発散光ビームを集め、脈管壁に再焦点合わせするように働く。適切な焦点合わせ要素は、勾配屈折率レンズと、マイクロ光学レンズと、格子ミラーまたはカーブミラーとを含み得る。
【００３３】
代替の実施形態において、単一のファイバまたはファイバ束は、送達導波管かつ収集導波管として機能を果たし得る。
【００３４】
一実装において、少なくとも１つの送達ファイバ１２２は、対象とする波長でファイバ内において単一の空間モードのみを伝達する単一モード光ファイバである。収集ファイバ１２３は、約２００マイクロメートル以上までの直径を含むおおよそ６０マイクロメートル以上のコア直径を有するマルチモードファイバである。一実施形態において、単一モード送達ファイバは、チューナブルレーザによって生成される光を用いて使用される。この実施形態において、送達ファイバは、ＯＣＴ分析のために脈管壁１０４と、戻るように干渉計との両方に光を連結させるために用いられる。収集ファイバの大きいコアおよびより高い開口数は、ＮＩＲ、ラマン、および／または蛍光分光分析に対する収集効率を向上させる。代替の実装において、スーパールミネセント発光ダイオード（「ＳＬＥＤ］）などの光放射の他の適切な供給源が、チューナブルレーザの代わりにまたはチューナブルレーザの他に用いられ得る。
【００３５】
超音波トランスデューサシステム１２０は、超音波エネルギ１３０を動脈壁１０４の方に向け、動脈壁１０４から反射された超音波エネルギ１３２を受信する１つ以上のトランスデューサを含む。一実施形態において、超音波トランスデューサシステムは、光学ベンチ１１８に長手方向に隣接している。代替の実装において、超音波システムは、送達ファイバおよび収集ファイバの遠位端と実質的に同じ長手方向位置に、例えば１８０度だけファイバからオフセットされて位置を定められ得る。一実装において時間多重を用いて、単一の超音波トランスデューサは、伝送されたエネルギ１３０および受信された反射エネルギ１３２の両方をワイヤ１２８上で運ばれる電気信号に生成する。例えば、第１の時間間隔中、ワイヤ１２８上で運ばれる電気信号は、超音波トランスデューサ１２０を作動させ、対応する超音波信号１３０を発する。次いで第２の時間間隔中、超音波信号１３０が動脈壁１０４から反射した後、超音波トランスデューサ１２０は、ワイヤ１２８上で運ばれる電気信号を生成する。電気信号は、受信された超音波信号１３２に対応する。
【００３６】
受信された信号１３２は、走査カテーテル１１２のヘッドまたは遠位端と脈管壁１０４との間の距離Ｄ（壁）決定し、そして脈管壁自体の物理的形態または構造を決定するために、このＩＶＵＳ分析モダリティーによって用いられる。例えば、受信された信号１３２は、血管内のプラーク量および血管の狭窄の度合いも含むアテローム性プラークを特徴付けるために有用であり得る。
【００３７】
他の実施形態において、超音波信号は、十分なエネルギを持って光ファイバ１２２を介して光パルスを送信することによって光音響的に生成され、超音波トランスデューサシステム１２０によって検出される音響事象を作る。
【００３８】
シース１１４とコア１１６との間に、超音波トランスデューサシステム１２０を囲んで、食塩水または他の流体などの伝送媒体１３４があり、音響伝送を容易にする。伝送媒体１３４はまた、光学ベンチ１１８から発せられ、光学ベンチ１１８によって受信される近赤外光に対して透明であるように選択される。
【００３９】
トルクケーブル１３６は、走査カテーテルコア１１６に取り付けられ、光ファイバ１２２、１２３と、ワイヤ１２８とを囲む。このトルクケーブル１３６は、引き戻しおよび回転システムから走査カテーテルヘッド１１２まで通してトルクを伝送する。この特徴は、走査カテーテルヘッド１１２が、シース１１４内で回転し、光１２５および超音波エネルギ１３０を用いて動脈壁１０４の周囲を走査することを可能にする。
【００４０】
一実施形態において、カテーテルヘッド１１２は、位置検出システムの内部要素１５０を備えている。内部要素１５０は、典型的には患者の体外にある外部要素１５２に対してカテーテル先端の位置を決定するために外部要素１５２と通信する。一実施形態において、内部要素は、外部要素１５２によって生成される、例えば磁界などの界磁を検出するセンサである。図２に示されるように、検出された位置情報は、ワイヤ１２８上で伝送され、コントローラ３００によって受信される。
【００４１】
一実施形態において、ガイドワイヤおよび冠状カテーテル法デバイスのための、Ｍｅｄｉｇｕｉｄｅ  Ｌｔｄ．によって開発された位置検出システムが用いられ得る。その技術は、リアルタイムの位置情報を提供する。その技術は、患者の周りに作られる磁界内に位置を決めることが可能であるデバイスに位置を定められる小さなセンサを用いる。このようにして、典型的にはＸ線脈管撮影像から提供される情報以上の追加の位置情報が利用可能である。
【００４２】
図２は、複数の診断カテーテル機能をサポートするための例示的システムを示す。
【００４３】
システムは、概して、カテーテル１００と、コントローラ３００と、ユーザインタフェース３２０とを備えている。
【００４４】
動作時、まずガイドワイヤついでカテーテル１００が、大腿動脈１０などの末梢脈管に既に配置されているガイドカテーテル（図示されていない）を介して患者２の中に挿入される。カテーテル先端１１２は、次いで心臓１６の冠状動脈１８または頚動脈１４などの所望の標的領域に動かされる。これは、大動脈１２を通って上方にカテーテル１００を動かし、ガイドワイヤ１０８に乗って進むことによって、達成される。
【００４５】
所望の部位にあるとき、引き戻しおよび回転ユニット１０５は、走査カテーテル１１２への機械的駆動と、またカテーテル１００への光信号および電気信号ならびにカテーテル１００からの光信号および電気信号を連結することとの両方のために用いられる。具体的には、引き戻しおよび回転ユニット１０５は、走査カテーテルコア１１６を駆動し、外側シース１１４を介して回転させ、引き込む。例示的な引き戻しおよび回転ユニットは、２００７年１０月１９日に出願され、名称が「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｃａｒｒｉａｇｅ  Ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」である米国特許出願第１１／８７５，５９０号（米国特許出願公開第２００８／００９７２２３号）に開示され、この特許出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。この開示された引き戻しおよび回転ユニットは、オプティカルレイアウトを示し、そのオプティカルレイアウトにおいて、チューナブルレーザからのチューナブル信号は、ロータリ光ファイバ継手（ＦＯＲＪ）を介して回転および平行移動ドラムに連結される。戻りのＮＩＲ信号は、ドラムにおいて検出される。さらなる検出器が、ＦＯＲＪにおいて生成される一般的なモードノイズ除去のために備え付けられる。
【００４６】
ＩＶＵＳサブシステム３１２および光学サブシステム３１０は、各引き戻しサイクル中に作動させられ、カテーテル１００を通る伝送のための適正な信号を生成し、脈管壁１０４から戻された信号を受信し、検出し、前処理し、デジタル化する。好ましい実施形態において、光学サブシステムにおけるチューナブルレーザ−または光放射の他の適切な供給源−は、ＮＩＲの範囲にわたり波長走査される狭帯域光信号を生成し、対象とする１つ以上のスペクトル帯域をカバーする。同じかもしくは異なるレーザ−または光放射の他の適切な供給源−は、脈管壁のＯＣＴ分析のための信号を生成するために用いられる。同時に、ＩＶＵＳサブシステム３１２は、脈管壁１０４の超音波画像を同時に生成するようにイネーブルされる。
【００４７】
一実施形態において、戻り光は、カテーテル１００のマルチモードコレクションファイバ１２３を通って伝送され、戻る。戻り放射は、光学サブシステム３１０に提供され、光学サブシステム３１０は、１つまたは複数の光学検出器または分光計を備え得る。送達ファイバ１２２の光戻りもまた、ＯＣＴ分析を行うために、例えば干渉計において分析される。
【００４８】
光学分析サブシステム３１０は、ユーザインタフェース３２０へのさらなる処理、分析および表示情報のために、生スペクトルおよびＯＣＴを収集し、前処理し、デジタル化し、コンピュータ１１７に送る。
【００４９】
ＩＶＵＳサブシステム３１２は、ユーザインタフェース３２０へのさらなる処理、分析および表示情報のために、超音波トランスデューサ１２０からの情報を収集し、前処理し、デジタル化し、コンピュータ１１７に送る。
【００５０】
さらに詳細には、ＩＶＵＳサブシステム３１２は、超音波トランスデューサ１２０を駆動し、トランスデューサ１２０の応答を分析するための駆動電子回路を備え、ＩＶＵＳ型システムにおける対象とする構造上の寸法を決定する。
【００５１】
概して、コンピュータ１１７は、前処理されデジタル化されたＩＶＵＳ、ＯＣＴおよびＮＩＲの素データを受信し、さらなる処理を行い、変換およびデータ登録を走査し、画像および／またはデータマップとして、インタフェース３２０を介して脈管壁の形態学的および化学的構造の１つ以上の表現をオペレータに提示する。コンピュータ１１７は、ＩＶＵＳサブシステム３１２からの構造分析情報を光学分析サブシステム３１０からの情報と組み合わせ得る。例えば、両システムからの情報は、混成画像に組み合わされ、ユーザインタフェース３２０上でオペレータに表示される。さらなる例において、ＩＶＵＳおよび／またはＯＣＴ分析からの情報は、ＮＩＲ分析を改善するために用いられ、このことは、２００８年４月３日に出願され、名称が「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｍｏｄａｌｉｔｙ」である、米国出願第１２／０６２，１８８号において説明され、この出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。収集されたスペクトル応答は、血管壁１０４の対象とする各部位が、リピド貯留のアテロームまたはリピド豊富なアテローム、粉砕されたプラーク、脆弱性プラークまたは薄いキャップの線維アテローム（ＴＣＦＡ）、線維性病変、石灰性病変、およびまたは正常な組織を含むかどうかを決定するために用いられ得、このことは、米国特許出願公開第２００４／００２４２９８号および第２００５／０２２８２９５号において説明され、この出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【００５２】
図３〜図７は、引き戻しおよび回転ユニット１０５、コンソール１０６、ならびに光学サブシステム３１０、ＩＶＵＳサブシステム３１２、およびコンピュータ１１７の構成要素が、引き戻しおよび回転ユニット１０５とコンソール１０６との間で分配される仕方の種々の実施形態を例示する。
【００５３】
図３は、実施形態１を例示する。以下に考察される他の実施形態と同様に、カテーテル１００の近位部分は、引き戻しおよび回転ユニット１０５と接続するかまたはインタフェースする。具体的には、シース１１４は、ユニット１０５の静止ハウジング４１０と接続する。コア１１６は、コア１１６の回転（矢印４１２を参照されたい）を駆動し、シース１１４に対してコア１１６の長手方向の移動（矢印４１４を参照されたい）を駆動するドラムユニット４０８と接続する。
【００５４】
ドラム４０８は、回転ドラム４０８とコンソール１０６の静止構成要素との間に電気信号および光信号を連結するスリップリング／ＦＯＲＪアセンブリ４２０を含む。スリップリングは電気接続をサポートし、ＦＯＲＪは回転インタフェースを横切る１つ以上の光接続をサポートする。より詳細には、制御および通信の電気的接続４２２は、データ接続４２４と共に、コンピュータ１１７とドラムとの間に提供される。光接続４２６は、ドラム４０８と光サブシステム４０８のＮＩＲ／ＯＣＴ供給源および干渉計ユニット４２８との間に提供される。最後に、電力は、接続４３２においてＤＣ電源４３０によってドラム４０８に提供される。
【００５５】
コンピュータ１１７はまた、ＮＩＲ／ＯＣＴ供給源と、コンソールの干渉計ユニット４２８とを制御する。電源４３０は、ＮＩＲ／ＯＣＴ供給源と、干渉計ユニット４２８と、コンピュータ１１７とに電力を供給する。
【００５６】
実施形態１において、ＯＣＴ分析をサポートする構成要素は、ＮＩＲ／ＯＣＴ供給源およびコンソール１０６の干渉計ユニット４２８に提供される。この実施形態は、ＮＩＲ分析のために走査帯域を調整するチューナブルレーザを含む。カテーテル１００の収集ファイバ１２３の戻り光は、ドラム４０８における光サブシステム３１０の検出器４４２において検出される。ＩＶＵＳシステムの電気的構成要素は、同様に、ＩＶＵＳサブシステム３１２のトランシーバ電子回路４４０を含め、ドラム４０８に位置を定められる。ＩＶＵＳ分析およびＮＩＲ分析によって生成されるデータは、接続４２４においてスリップリングを介してコンピュータに電気的に伝送される。
【００５７】
ＦＯＲＪ４２０は、カテーテル１００の送達ファイバ１２２をＯＣＴ供給源および干渉計４２８に接続し、干渉計４２８は、基準アームと、チューナブルレーザと、カプラ／ビームスプリッタと、平衡検出システムなどのＯＣＴ検出器とを含む。
【００５８】
実施形態１の動作において、近赤外（ＮＩＲ）スペクトル領域における光放射は、ＯＣＴおよびＮＩＲ分析の両方に用いられ、ユニット４２８のチューナブルレーザによって生成される。例示的走査帯域は、概して１０００〜１４５０ナノメートル（ｎｍ）、またはより具体的には、１０００ｎｍ〜１３５０ｎｍと、１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍと、１１７５ｎｍ〜１２８０ｎｍと、１１９０ｎｍ〜１２５０ｎｍとを含む。他の例示的走査帯域は、１６６０ｎｍ〜１７４０ｎｍと１６３０ｎｍ〜１８００ｎｍとを含む。
【００５９】
図４は実施形態２を示し、実施形態２は若干の点において実施形態１と異なる。具体的には、この実施形態において、ＩＶＵＳサブシステム３１２のＩＶＵＳトランシーバ４４０は、コンソール１０６に位置を定められる。従って、スリップリング電気接続は、トランシーバ４４０とドラム４０８との間の接続４５０において無線周波数信号の伝送をサポートしなければならない。その結果、この実施形態は、ＩＶＵＳサブシステムに対しＲＦ接続をサポートする小さな修正によって、援用される出願第１２／０６２，１８８号に説明される引き戻しおよび回転ユニットと共用可能である。
【００６０】
図５は実施形態３を示し、実施形態３は若干の点において実施形態１と異なる。この実施形態において、ＮＩＲ／ＯＣＴ供給源および干渉計ユニット４２８は、チューナブルレーザ実施形態１の代わりに、広帯域供給源を利用する。好ましい実施形態において、供給源は、スーパールミネセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）である。
【００６１】
従って、脈管のＮＩＲスペクトル応答を分解するために、この例において、分光計スペクトログラフ／検出器システム４６０がコンソール１０６に備え付けられる。光学サブシステム３１０のこの例は、２つの光学チャネルＦＯＲＪ４２０、すなわち送達ファイバ１２２に関連付けられるチャネル４２６と、収集光ファイバ１２３に関連付けられるチャネル４６２とを必要とする。そのようなデュアルチャネルＦＯＲＪ構成要素は、例えば、Ｐｒｉｎｃｅｔｅｌ，Ｉｎｃ．（製品番号ＭＳ２−１５５−２８）によって提供される。
【００６２】
いくつかの実装において、スペクトログラフ４６０は、好ましくは、ＯＣＴ分析と同時に約３００フレーム／秒で脈管壁の高速走査をサポートする高速デバイスである。一実施形態において、Ｈａｍａｍａｔｓｕ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｋ．Ｋ．からのＩｎＧａＡｓ検出器アレイは、検出器アレイの全体にわたりスペクトルを散乱させるＨｏｒｉｂａ  Ｊｏｂｉｎ  Ｙｖｏｎ  Ｉｎｃ．の格子と組み合せて用いられる。
【００６３】
図６は、ＯＣＴ供給源がＮＩＲ分析に用いられないという点において実施形態３と異なる実施形態４を示す。具体的には、この例において、ＮＩＲ  ＳＬＥＤ光源４７０がドラム４０８に備え付けられる。ＮＩＲ供給源からの光は、一例において、単一の送達ファイバにおいてＯＣＴ供給源および干渉計ユニット４２８からのＯＣＴ光と組み合わされ、または別の例において、２つの送達ファイバがカテーテル１００に備え付けられる。収集ファイバ１２３の光戻りは、ドラム４０８から離れて、デュアルチャネルＦＯＲＪ４２０を通ってスペクトログラフ４６０に連結される。このシステムは、ＯＣＴおよびＮＩＲの供給源が各分析に対して個々に最適化され得、ことによると、異なるチャネル波長走査速度および異なる走査帯域において動作し得るという点において利点を有する。
【００６４】
図７は、実施形態４に類似するが、ラマンおよび／または蛍光分析の能力を含む。具体的には、実施形態５は、ラマンおよび蛍光励起供給源４８２を含む。ラマン／蛍光レーザ供給源４８２は、比較的高出力であり、通常、単一の周波数レーザまたは限定された波長走査のみを有するレーザである。ラマンプロセスは、弱く非線形のプロセスである。従って、好ましくは高励起出力が、用いられるが、脈管壁１０４の組織に対する損傷閾値未満である。
【００６５】
このラマン供給源４８２からの光は、光スイッチ４８０を介して送達ファイバに選択可能に連結される。他の例において、ＯＣＴおよびＮＩＲシステム４２８の光帯域が励起供給源４８２からの光の波長帯域と重なり合わないとき、スイッチ４８２の代わりに、波長マルチプレクサが用いられる。従って、この実施形態は、ラマンおよび／または蛍光分析をＮＩＲおよびＯＣＴモダリティーに追加する。
【００６６】
連続的／同時のＮＩＲ／ＯＣＴ／ＩＶＵＳ走査
実装に従い、ＩＶＵＳ情報および光学分析情報は、走査カテーテル１１２の同じかまたは異なる走査中に生成される。例えば、一実装において、ＮＩＲおよびＯＣＴ分析によって生成される光学情報４１０、およびＩＶＵＳ分析によって生成されるＩＶＵＳ情報は、引き戻しおよび回転ユニット１０５の同じ引き戻しサイクルにおいて血管１０４を通って走査カテーテル１１２を引き込み、回転させながら、同時に捕捉される。他の実装において、ＮＩＲ分析によって生成される光学情報４１０およびＩＶＵＳサブシステムによって生成されるＩＶＵＳ情報は、走査カテーテル１１２の同じ引き戻しおよび回転の動作中に捕捉されるが、ＯＣＴ分析は、それ自体の専用の引き戻しサイクルにおいて行われる。ついでＮＩＲ分析によって生成される光学情報データセットおよびＩＶＵＳデータセットは、互いに対してＯＣＴデータセットに空間的に整列させられる。この整列は、ＩＶＵＳトランスデューサ１２０と光学ベンチ１１８との間のオフセットされた距離Ｄ（オフセット）を補償することをさらに含む（図１を参照されたい）。
【００６７】
連続的走査実装プロトコルにおいて、ＮＩＲ分析はまず、対象とする動脈の全長にわたり行われる。このことは、ＮＩＲ分析の利点となる。すなわち、分析は流れる血液によって行われ得るので、閉塞も食塩水流水も不要である。この最初のＮＩＲ分析は、ＯＣＴによるさらなる分析を必要とする動脈の部位を識別するために用いられる。連続的走査に関連付けられる別の利点は、ＯＣＴ分析が典型的にはカテーテルの回転速度および動脈を通る引き戻しの速度に対してより高い走査速度で行われるという事実から生ずる。従って、ＮＩＲおよびＯＣＴが別個の走査中に行われる場合、両方のモダリティーに最適な速度が用いられ得る。別の利点は、ＯＣＴが選択された場所においてのみ行われ、従って、時間の長さおよび付随する食塩水流水の量が、最小限にされ、臨床的に適切な限界内に保たれることである。
【００６８】
また、任意のＩＶＵＳ走査は、典型的にはＯＣＴ走査より長い時間がかかる。なぜなら、ＩＶＵＳ走査はＯＣＴより遅い回転速度および引き戻し速度を用いるからである。概してＯＣＴ走査は、約４〜５秒で完了し、これは、２０ｃｃ食塩水流水によって提供されるウィンドーである。
【００６９】
いくつかの実装が、ＮＩＲ、ＯＣＴおよびＩＶＵＳ分析に対して別個の走査を用いるという事実にかかわらず、開示されるシステムは、患者の中に挿入されなければならないカテーテルが１つのみであり、患者に対するリスクを減少させ、処置の侵襲部分に必要とされる時間を減らすという点において利点を提供する。
【００７０】
異なるモダリティー（例えば、血管造影法、ＮＩＲ、ＯＣＴ、ＩＶＵＳ）から得られる画像データの「融合」における最後の重要な考慮は、画像の正確な（長手方向および回転の）空間の同時位置決めである。複数の侵襲性画像化モダリティーを組み込む１つのカテーテルを有することは、同時位置決めを大幅に容易にする基準の固定フレームを提供する。このレジストレーションは、内部要素１５０と外部要素１５２とを含む位置検出システムによってさらに改善される。
【００７１】
従って、例示的実施形態は、図面を参照して上記に十分に説明された。本発明はこれらの例示的実施形態に基づき説明されたが、本発明の精神および範囲内において特定の修正、変形および代替の構造が説明された実施形態に対してなされ得ることは当業者に明らかである。
【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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【国際調査報告】
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