(57)【要約】  本発明は、光ファイバー１２を備える圧力感知デバイス１０に関し、光ファイバー１２が、中心軸Ｌと少なくとも１つの光ファイバーコア１４とを備え、少なくとも１つの光ファイバーコア１４が、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を含み、コーティング１６が、光ファイバー１２を囲み、コーティング１６が、中心軸Ｌに沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつ。
2021513396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとを備える光ファイバーであって、前記少なくとも１つの光ファイバーコアが、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を持つ、光ファイバーと、
前記光ファイバーを囲むコーティングであって、前記コーティングが、アジマスφ１で第１の環状セクターを通って延びる第１の環状サブセクションと、アジマスφ２で第２の環状セクターを通って延びる第２の環状サブセクションとを備え、前記第１の環状サブセクションの機械的性質と前記第２の環状サブセクションの機械的性質とが異なり、前記アジマスφ１と前記アジマスφ２とが前記中心軸の一部に沿って相補的に変化している、コーティングと、
を備える、圧力感知デバイス。
【請求項２】
前記圧力感知デバイスが、前記中心軸に沿った複数の局所的な圧力を決定し、前記局所的な圧力が、前記コーティングに半径方向の力を加える、請求項１に記載の圧力感知デバイス。
【請求項３】
前記第１の環状サブセクションの熱膨張係数と前記第２の環状サブセクションの熱膨張係数との間の差が、１０％未満であり、前記第１の環状サブセクションのポアソン比と前記第２の環状サブセクションのポアソン比との間の差が、７５％より大きい、請求項１又は２に記載の圧力感知デバイス。
【請求項４】
前記第１の環状サブセクションと前記第２の環状サブセクションとが、前記中心軸に沿って互い違いに位置して、少なくとも２つの長手方向セクションを形成している、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力感知デバイス。
【請求項５】
少なくとも２つの前記長手方向セクションの各々が、少なくとも１つの反射ＦＢＧ構造を包含している、請求項４に記載の圧力感知デバイス。
【請求項６】
前記アジマスφ１と前記アジマスφ２とが、前記中心軸の少なくとも一部に沿って連続的に変化している、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力感知デバイス。
【請求項７】
前記第１の環状サブセクションと前記第２の環状サブセクションとが、前記第１の環状サブセクションと前記第２の環状サブセクションとの異なる前記機械的性質を提供するように化学的に、及び／又は物理的に処理された同一の材料を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力感知デバイス。
【請求項８】
前記第１の環状サブセクションと前記第２の環状サブセクションとが、２つの異なる材料を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力感知デバイス。
【請求項９】
前記光ファイバーコアが、屈折率のランダムな変化をもたらす非周期構造を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力感知デバイス。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の圧力感知デバイスを備える介入デバイスと、
前記介入デバイスと通信するコンソールと、
を備える、圧力感知のためのシステム。
【請求項１１】
前記介入デバイスが、ガイドワイヤ又はカテーテルである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとを備える光ファイバーの屈曲を光学的に決定するステップであって、前記少なくとも１つの光ファイバーコアが、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を含み、コーティングが、前記光ファイバーを囲み、前記コーティングが、アジマスφ１で第１の環状セクターを通って延びる第１の環状サブセクションと、アジマスφ２で第２の環状セクターを通って延びる第２の環状サブセクションとを備え、前記第１の環状サブセクションの機械的性質と前記第２の環状サブセクションの機械的性質とが異なり、前記アジマスφ１と前記アジマスφ２とが前記中心軸の一部に沿って相補的に変化している、決定するステップと、
前記光ファイバーの前記屈曲から圧力又は圧力差を計算するステップと、
を有する、圧力値を決定する方法。
【請求項１３】
前記圧力が、血管内における血圧である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光ファイバーの前記屈曲から前記圧力差を計算するステップが、校正測定及び／又はＦＥＭシミュレーションにより実施される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムが請求項１０に記載のシステムにおいて実行されたとき、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力感知に関する。特に、本発明は、１つ又は複数の反射ファイバーブラッグ格子構造を持つ光ファイバーをコーティングが囲む圧力感知デバイスを開示する。コーティングは、デバイスの中心軸に沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつ。本発明は、更に、圧力を決定する対応する方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
圧力感知に対する重要な技術分野は、高い感度及び精度を要求する脈管内圧力感知である。脈管内圧力測定、例えば１つの統合型圧力センサーを含むガイドワイヤは、血管の開存性及び機能を測定する重要なツールである。これらの１センサーガイドワイヤの問題は、医師が血管に沿った異なる位置において圧力を測定することを所望する度に、医師がガイドワイヤ又はカテーテルを動かす必要があるという点にある。これは、時間のかかるワイヤの再配置を必要とする「ワイヤ位置の見失い」をもたらし、血管内の誤った位置における圧力感知をもたらすことさえある。動脈に沿って前後にガイドワイヤを動かすことは、手順を長期化するだけでなく、例えば脈管の切開といった有害事象のリスクをもたらす。
【０００３】
この問題を解決するために、ガイドワイヤ又はカテーテルの長さ方向に沿って様々な位置において圧力を測定し得る複数のセンサーを含むガイドワイヤ又はカテーテルを提供することに１つのアプローチが存在する。残念ながら、複数の追加的な（静電容量式又は圧電式）圧力センサーをガイドワイヤに単に追加するだけでは複数の問題を引き起こし、すなわち、追加的なセンサー及びそれらのケーブル敷設の必要性が、結果として得られるガイドワイヤを過度に硬質にし、過度に壊れやすくし、及び過度に高価にする。複数の、又は分散型センサーにより適したものである異なるセンサー技術を選択することに１つの解決策が存在する。
【０００４】
ファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）が、分散型感知のための１つのアプローチとして提案されている。ＦＢＧは、屈折率の周期的な変化を含む光ファイバーである。光の波長λがブラッグ条件、すなわち、
λ＝２Γｎｅｆｆ                  （１）
を満たすときにのみ、ＦＢＧにより光が反射され、ここで、Γ及びｎｅｆｆは、それぞれ、格子の格子周期及びファイバーコアの実効屈折率である（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｆｉｂｅｒ＿Ｂｒａｇｇ＿ｇｒａｔｉｎｇ）。ブラッグ条件を満たさない光はＦＢＧを通過する。複数のブラッグ格子が１つの光ファイバーに統合され得るので、及び、個々に読み取られ得るので、ＦＢＧは分散型感知に適している。これは例えば、統合されたＦＢＧを含む光ファイバーが数メートルの距離にわたるファイバーの屈曲を検出し得る光学的形状感知技術に使用される。ＦＢＧは、格子の周期長Γ又は屈折率ｎの任意の変化を感知する。このような変化は、例えば温度、ひずみ、又は圧力により誘起され得る。
【０００５】
血圧センサーとしてＦＢＧを使用することに付随する問題は、圧力に対するそれらの低い感度、及び、温度及びひずみに対するそれらの比較的高い感度である。血圧測定に必要な圧力範囲は、約−３０ｍｍＨｇから３００ｍｍＨｇ（約−４ｋＰａから４０ｋＰａ）である。精度は、≦２ｍｍＨｇ（すなわち≦約０．３ｋＰａ）でなければならない。
【０００６】
シリカＦＢＧは、約０．００３ｐｍ／ｋＰａ（０．０００４ｐｍ／ｍｍＨｇ）圧力感度をもつが、約１０ｐｍ／℃の温度感度、及び、約≒１．３ｐｍ／ｐεのひずみ感度をもち、ここで、１ピコストレインｐεは相対物理長変化ΔＬ／Ｌを１０−１２倍したものとして規定される（Ｋ．Ｂｈｏｗｍｉｋら、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｆｉｂｒｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．３３（１２）、２４５６−２４６２（２０１５年６月）；米国特許出願公開第２０１５／０１４１８５４（Ａ）号）。したがって、約２ｍｍＨｇの圧力変化が、約０．０００８ｐｍの、ＦＢＧにおける波長シフトをもたらす。これは非常に小さい波長シフトである。比較のために、典型的な市販のＦＢＧインテロゲータは、約１ｐｍの波長分解能をもち（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｐｔｏ−ｗｏｒｋｓ．ｃｏ．ｊｐ／ＦＢＧ／ＢａｙＳｐｅｃ−Ｄａｔａｓｈｅｅｔ−ＦＢＧＡ−ＩＲＳ−Ｒ（１）．ｐｄｆ、又は、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｂｍ．ｃｏｍ／ｅｎ／４６０４／ｆｓ２２−ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ−ｂｒａｇｇｍｅｔｅｒ−ｏｐｔｉｃａｌ−ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ／を参照されたい）、幾つかは０．０５ｐｍという微細な分解能を実現する（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｈｎｏｂｉｓ．ｃｏｍを参照されたい）。
【０００７】
典型的なＦＢＧの低い圧力感度の理由は、市販のＦＢＧの基礎を形成するシリコンファイバーの低い弾性である。静水圧は、ファイバーの物理長Ｌを変え、Γの変化をもたらす。加えて、圧力はファイバーの屈折率ｎｅｆｆを変える。Ｍ．Ｇ．Ｘｕら、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｉｎ−ｆｉｂｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ」、ｈｔｔｐ：／／ｅｐｒｉｎｔｓ．ｓｏｔｏｎ．ａｃ．ｕｋ／７７２７３／１／６６３．ｐｄｆ（１９９３）によると、ΔＰの静水圧変化はブラッグ波長における変化Δλをもたらす。すなわち、
【数１】
2021513396.tif 000003
ここで、Ｅはヤング率であり、νはポアソン比であり、ｐ１２及びｐ１１はひずみ光学テンソルの成分である。ガラスに対する典型的な値は、Ｅ＝７０ＧＰａ及びν＝０．１７、ｐ１２＝０．２７及びｐ１１＝０．１７である。波長シフトがＥに反比例することがこの式から明らかである。
【０００８】
より低いヤング率をもつ材料からＦＢＧを製造することにより、圧力感度を強調することが可能である。Ｋ．Ｂｈｏｗｍｉｋら、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｆｉｂｒｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．３３（１２）、２４５６−２４６２（２０１５年６月）は、元のファイバーにおいてΔλ／ΔＰ≒０．０２７ｐｍ／ｍｍＨｇの波長感度をもち、５５μｍの直径にファイバーをエッチングした後に最大でΔλ／ΔＰ≒０．１ｐｍ／ｍｍＨｇである自製ポリマーファイバーにおけるＦＢＧの製造を開示する。しかし、このようなポリマーＦＢＧは、現在のところ市販用途における使用に適していない。市販のポリマーＦＢＧは存在しない。シングルモードポリマーファイバーは、小さいニッチな分野である。これらのファイバー、及び必要とされるサポート技術（接合、切断、研削、ＦＢＧ書き込みなど）は利用不能である。これは、例えば、塑性変形、均一性の欠如、水吸収に起因した性質の変化などの、ポリマーファイバーに付随するよく知られた問題に部分的に起因している。最後に重要なこととして、ポリマーＦＢＧを使用することは、同様にひずみを大きくし、温度感度を高くし、ひずみ及び温度補償技術を必要とする。
【０００９】
ＦＢＧの圧力感度を上げる多くの代替的な手法が提案されている。Ｖ．Ｒ．Ｐａｃｈａｖａら、「Ａ  ｈｉｇｈ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ＦＢＧ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｉｎ  ｍｅｔａｌ  ｄｉａｐｈｒａｇｍ」は、膜にＦＢＧを統合することによりΔλ／ΔＰ＞４ｐｍ／ｍｍＨｇの圧力感度を開示している。膜の圧力に誘起された屈曲は、軸方向の静水圧を、ＦＢＧがはるかに感知しやすい形状変化（したがって、縦ひずみの変化）に変換する。しかし、この原理は、小型化又は分散型感知に適さない。
【００１０】
ホーリーファイバーの使用、及びファイバーファブリ・ペロ共振器の使用といった、ＦＢＧの圧力感度を上げる多くの他のアプローチが提案されている。例えば、米国特許第５，２９７，４３７（Ａ）号は、弾性材料に埋設されたファイバーファブリ・ペロ−干渉計を開示している。
【００１１】
ＷＯ２０１５／１０６８８７Ａ１は、光ファイバーのコアの内部に永久的に書き込まれた連続的な弱いファイバーブラッグ格子を備える１つ又は複数の光ファイバーを備える分散型圧力感知のために設計された感知ケーブルを開示しており、感知ケーブルは、感知ケーブルに印加された圧力が１つ又は複数の光ファイバーにおける複屈折を変化させるように構成される。一実施形態において、感知ケーブルは、円形の外縁を形成する、断面において４つの異なる材料の４つの異なるセクションからなるコーティングにより囲まれた光ファイバーを備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の欠点が解決された光ファイバーに基づく圧力感知デバイス、及び、圧力を決定する方法を提供することが本発明の目的である。特に、目的は、光ファイバーに基づく圧力感知デバイスを提供することにあり、光ファイバーは、例えば血管において支配的な静水圧といった低圧に対する十分な感度を示す。更なる目的は、分散型感知デバイスを提供することにある。
【００１３】
別の目的は、温度感度のより低い又は無い光ファイバーに基づく圧力感知デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様において、
中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとを備えるか、又は、中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとからなる光ファイバーであって、少なくとも１つの光ファイバーコアが、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を持つ、光ファイバーと、
光ファイバーを囲むコーティングであって、コーティングが、中心軸に沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつ、コーティングと、
を備える、圧力感知デバイスが提示される。
【００１５】
本発明の更なる態様において、圧力を決定する方法が提示される。本方法は、
光ファイバーの屈曲を光学的に決定することであって、光ファイバーが、中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとを備えるか、又は、中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとからなり、少なくとも１つの光ファイバーコアが、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を含み、コーティングが、光ファイバーを囲み、コーティングが、中心軸に沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつ、決定することと、
コーティングの屈曲から圧力又は圧力差を計算することと、
を有する。
【００１６】
本発明の更に異なる更なる態様において、本圧力感知デバイスを備えるシステム、及び、コンピュータプログラムが本圧力感知デバイスを備えるシステムにおいて実行されたときに、本明細書において開示されている方法のステップを実施することをコンピュータにさせるためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムが提供される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において定義される。請求項に記載された方法、システム、コンピュータプログラム、及び媒体が、請求項に記載されている、特に、従属請求項において規定されている、及び、本明細書において開示されているシステムと同様の、及び／又は同一の好ましい実施形態を含むことが理解されなければならない。
【００１８】
本発明は、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を、その機械的性質が光ファイバーの中心軸に沿って半径方向に非対称なデバイスに統合することにより、光ファイバーの圧力感度が改善されるのと同時に、温度感度が低下するという発見に基づいている。
【００１９】
したがって、機械的性質、特に、コーティングのヤング弾性率、熱膨張係数、及びポアソン比のうちの１つ又は複数は、デバイスの長さ方向に沿ったすべての点において半径方向に対称というわけではなく、アジマス角φで変化する。任意の圧力、特に、静水圧が、デバイス、及び、特に１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造に半径方向の力を加える。半径方向の力は、デバイス及び／又は光ファイバーの局所的な半径方向の変形又は屈曲をもたらし得る。変形又は屈曲は、例えばＰｈｉｌｉｐｓによるＦＯＲＳ技術といった、既存の技術を使用して、特に、光学的形状感知技術を使用して検出され得る。デバイスのこの局所的な屈曲は、デバイスの単純な長手方向圧縮／伸張に比べて、より大きいひずみ信号をもたらし、ひいてはより大きい圧力感度をもたらす。
【００２０】
それにより、本発明は、中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとを備えるか、又は、中心軸と少なくとも１つの光ファイバーコアとからなる光ファイバーであって、少なくとも１つの光ファイバーコアが、圧力、特に静水圧に対する、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造、特にＦＢＧを含む光ファイバーの感度を高める新しい手法を提供する。本発明は、従来技術のアプローチの制限のうちの大部分を回避することに役立ち、例えばガイドワイヤサイズのデバイスにおける分散型感知に適している。圧力、例えば静水圧に対してのみ感受性をもち、温度に対して感受性をもたないという手法により設計を最適化することが可能である。
【００２１】
既にここまでに示されているように、本感知原理は、光学的形状感知技術、特に、ＰｈｉｌｉｐｓによるＦＯＲＳ技術と有益に組み合わされ得る。例えば、それは、形状感知ガイドワイヤに圧力感度を追加し得る。細長いデバイスに統合された光学的形状感知ファイバーを使用してＦＯＲＳを使用して、デバイスの三次元形状が知られ得、したがって、デバイスの先端部まで「視認可能」にされ得るが、デバイス自体は、ユーザーの目により視認不能である。医療用途において、ＦＯＲＳファイバーは、医療工程のライブガイダンス又はナビゲーションを提供するために、広範囲の細長い医療デバイス、例えば、カテーテル、ガイドワイヤ、又は内視鏡に統合され得る。本発明は医療用途に限定されず、産業分野の技術においても広く使用され得ることが理解される。ＦＯＲＳを使用して、２つ以上の細長いデバイスが同時に追跡され得る。この場合において、追跡されるデバイスの各々が、ＦＯＲＳファイバーを備える。個々のデバイスの光ファイバーが同時に調べられ、デバイスの各々の３Ｄ形状は、相応に再構成され得る。再構成された形状は、ディスプレイ又はモニターのスクリーンに一緒に可視化され得る。
【００２２】
概して、本圧力感知デバイスは、≦１０ｍｍＨｇの高精度をもち、約−８ｋＰａから８０ｋＰａの低圧の分散型感知／決定に適している。特に、本圧力感知デバイスは、脈管内血圧感知、特に、脈管内血圧感知のためのガイドワイヤに適用可能である。脈管内血圧感知は、介入心臓学、例えば冠血流予備量比（ＦＦＲ）に関連しているが、末梢脈管構造における用途にも適しており、場合によっては、幾つかの種類の構造的心臓介入に、及び、心不全を予測することに適している。
【００２３】
光ファイバーの「中心軸」又は「中立軸」は、円筒座標系の長手方向軸に対応する。光ファイバーがマルチコア光ファイバーである場合、中心軸は、好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーコアのうちの１つの軸に対応している。代替的に、中心軸は、少なくとも１つの光ファイバーコアのうちの１つの軸に対してずれた位置にあり、平行である。
【００２４】
光ファイバーは、シングルモード又はマルチモード光ファイバーである。
【００２５】
光ファイバーは、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は、更には１５より多い任意の数の光ファイバーコアを備える。マルチコア光ファイバー、好ましくは、マルチコアＦＢＧファイバーは、（静水圧が１つの更なる自由度を追加するので、好ましくは１つの更なるコアを含む）光学的形状感知において使用されるものに類似している。このように、ガイドワイヤは、ガイドワイヤの位置と周辺の静水圧との両方を感知し得る。
【００２６】
好ましくは、光ファイバーはガラスファイバーであり、より好ましくはシリカファイバーである。これらの材料から作られたこれらの光ファイバー及び／又は光ファイバーコアの使用は、例えば光ファイバー及び／又は光ファイバーコアを用意及び／又は変更するための適切な技術が既に利用可能であり、当技術分野においてよく知られているという利点をもつ。
【００２７】
本明細書において使用される「１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造」という表現は、光ファイバーコアに埋設された例えばチャープ構造といった１つ又は複数の周期構造又は準周期構造に関連している。これらの１つ又は複数のファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）構造は、ブラッグ反射を可能にする。光ファイバーブラッグ格子は、光の特定の波長を反射し、他のすべてを透過する光ファイバーの短いセグメントである。これは、波長特異的誘電体ミラーを生成する、ファイバーコアにおける屈折率の周期的な変化を加えることにより達成される。したがって、ファイバーブラッグ格子は、特定の波長を遮るインライン光学フィルタとして、又は、波長特異的反射体として使用され得る。ファイバーブラッグ格子の働きの背景にある基本原理は、屈折率が変わる界面の各々におけるフレネル反射である。幾つかの波長に対して、反射に対して強め合う干渉が発生し、結果として、透過に対して弱め合う干渉が発生するように、様々な周期の反射光が同相となる。ブラッグ波長は、ひずみに対して、及び温度に対して感受性をもつ。これは、ブラッグ格子が、ファイバー光センサーにおいて感知要素として使用され得ることを意味する。好ましくは、光ファイバーコアは、内部に書き込まれた少なくとも１つの長い、又は複数の短いＦＢＧを含む。長いＦＢＧは、ファイバー内を伝播する放射波長よりはるかに大きい、例えば１０００倍以上の周期をもつ長周期ファイバー格子に関連している。ファイバーは、それら独自のＦＢＧを含む１つ又は複数の光ファイバーコアを含む。１つの光ファイバーコアが使用される場合、コアは、好ましくは、中立軸からずれた位置にある。
【００２８】
少なくとも１つの光ファイバーコアが、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を持つ。好ましくは、各光ファイバーコアが、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は、更には、１５より多い少なくとも１つ以上の反射ＦＢＧ構造を持つ。
【００２９】
光ファイバーコアは、１つ又は複数のＦＢＧ反射構造に加えて、例えばレイリー散乱による、屈折率のランダムな変化を生み出す非周期構造を備える。レイリー散乱は、従来の光ファイバーに本来的に生じる後方散乱を利用することを可能にする標準的なシングルモード通信ファイバーに使用される。レイリー散乱は、ファイバーコアにおける屈折率のランダムな変化の結果として発生する。これらのランダムな変化は、格子の長さ方向に沿った振幅及び位相のランダムな変化を伴うブラッグ格子としてモデル化され得る。１つのある長さのマルチコアファイバー内に延びる３つ以上のコアにおいてこの効果を使用することにより、関心のある表面の３Ｄ形状及び動力学が追跡され得る。
【００３０】
コーティングは、異なる手法により生成される。例えば、少なくとも１つのファイバーコアを含む従来の光ファイバーが提供される。少なくとも１つのファイバーコアの表面部分は、研削手法、好ましくはレーザーを使用することにより露出させられる。代替的に、化学的又は機械的研削手法が使用されてよい。次に、表面部分が、中心軸に沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつ材料によりコーティングされる。要求される機械的性質をもつ材料、例えばポリマー、好ましくはゴムが当技術分野において知られているという点に際立った利点がある。同じことが、要求されるコーティング技術に当てはまる。
【００３１】
コーティングはＬ軸に沿って一定の厚さをもつことが好ましい。本例では、異なるコーティング材料の使用により機械的性質が得られる。
【００３２】
光ファイバー、例えばガイドワイヤ及びマイクロカテーテルは、細長い円筒形であるので、円筒座標が使用される。軸方向次元は近位から遠位への長さＬである。長さ方向に（おおむね）平行な力、応力、ひずみ、及び他のベクトルは、長手方向と呼ばれる。軸に（おおむね）直交した力及び他のベクトルは、半径方向と呼ばれる。性質及び力は、アジマス角φで変わり得る。アジマスφに依存しない性質は、半径方向に対称と表現される。静水圧は、半径方向に対称でもある半径方向の力の例である。
【００３３】
本明細書において使用される「ポアソン比」という表現は、ポアソン効果の尺度であり、好ましくは、ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｐｏｉｓｓｏｎ％２７ｓ＿ｒａｔｉｏにおいて規定された、軸ひずみに対する横ひずみの符号付き比である。
【００３４】
本発明の一実施形態によると、圧力感知デバイスは、局所的な圧力を決定するように適応され、局所的な圧力はコーティングに半径方向の力を加える。
【００３５】
圧力は、任意の種類の圧力である。圧力は、好ましくは、局所的な静水圧、例えば血管内において支配的な局所的な静水圧である。コーティングの材料の少なくとも一部は、検出される圧力のもとで変形又は屈曲させられるように適応される。好ましくは、検出される圧力は、−８ｋＰａから８０ｋＰａ、好ましくは−４ｋＰａから４０ｋＰａ、又は−２ｋＰａから２０ｋＰａの範囲内である。代替的に、又は追加的に、精度は、≦１０ｍｍＨｇ、≦５ｍｍＨｇ、≦３．５ｍｍＨｇ、又は好ましくは≦２ｍｍＨｇ、例えば≦１．５ｍｍＨｇ、≦１ｍｍＨｇ、又は≦０．５ｍｍＨｇである。
【００３６】
本発明の別の実施形態によると、光ファイバーの任意の変形／屈曲が圧力により事前にもたらされるように、熱的影響及び／又はひずみの影響が最小化されるように機械的性質がバランスをとられる。「圧力により事前にもたらされた」という表現は好ましくは、屈曲の少なくとも９０％、例えば少なくとも９５％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、又は少なくとも９９．５％が圧力によりもたらされるという意味を含む。これは、計算され、及び／又は、実験的に決定される。好ましくは、圧力変化のみが光ファイバーの変形をもたらす。
【００３７】
したがって、コーティング材料は、他の環境効果、好ましくは熱的効果及び／又はひずみを加えることに対して変形／屈曲しないか、又は、最小程度に変形／屈曲する。これは、例えば同様の熱膨張係数、同様のヤング弾性率、及び異なるポアソン比のうちの１つ又は複数をもつ材料を使用することにより達成される。好ましくは、材料は、熱的効果を低減するか、又は、更には完全にキャンセルするために少なくとも同様の熱膨張係数をもつ。これらの材料特性は知られており、一般的な教科書から得られる。これらの材料特性の互いの関連性が検討される必要があるにすぎないので、これらの材料特性の絶対値は重要ではないことが理解される。問題となる材料特性を測定するためのデバイス及び方法が決定的というわけではなく、値が互いに比較される可能性だけが決定的である。これは、任意のデバイスを使用することにより確立され得るが、好ましくは、比較される材料に対して同じデバイス及び同じ方法を使用することにより確立され得る。
【００３８】
バランスをとられた機械的性質は本デバイスに圧力を加えたとき本デバイスが特定の方向に屈曲されないが、異なる屈曲方向が互いに打ち消すように、コーティングの機械的性質が変えられるという効果をもつ。結果として本デバイスは、複数の異なる局所的な圧力の感知条件のもとでさえ、実質的に直線的な形状を維持する。言い換えると、光ファイバーは、測定されるが光ファイバーの全体的な方向に影響を与えない局所的な屈曲を受ける。本質的な直線形は、好ましくは、光ファイバーの第１の端部が先端部を形成しており、光ファイバーの第２の端部が（仮想的な）直円錐の円エリアの任意の点を形成している形状を意味する。光ファイバーの第１の端部と第２の端部との間における任意の点が、錐体のボリューム内に、又は錐体の表面上に位置している。錐体の高さは、好ましくは、約２００μｍから８００μｍ、例えば３００μｍから７００μｍ、４００μｍから６００μｍ、又は５５０μｍから６５０μｍであり、約３５μｍから４５μｍ、例えば３８μｍから４２μｍ、又は４０μｍの半径をもつ。
【００３９】
被膜に作用する他の効果、例えばひずみの圧力及び／又は温度は、更に、光学的形状感知アルゴリズムを使用することにより部分的に、又は完全に補償され得る。特に、既に知られた光学的形状感知技術が、簡単に適用される。局所的な圧力、温度、及びひずみの異なる変化を受けるシステムの比較、及び、後者の２つが効果的に打ち消されるようにシステムに教育をすることに基づいて機械学習アルゴリズムを使用することが更に考えられる。
【００４０】
デバイスに対する静水圧によりもたらされる屈曲効果に対する厳密な値を導出することは、好ましくは、数値シミュレーションを使用して実施される。概算値を導出するために、熱膨張によりもたらされるバイメタルストリップの屈曲半径を導出するために作成された式が適応される。線形な熱膨張は、
【数２】
2021513396.tif 000004
により与えられ（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｔｈｅｒｍａｌ＿ｅｘｐａｎｓｉｏｎ＃Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ＿ｏｆ＿ｔｈｅｒｍａｌ＿ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、ここで、αは熱膨張係数であり、ΔＴは温度変化である。比較すると、圧力に起因した長手方向の長さの変化は、
【数３】
2021513396.tif 000005
により近似され得る。したがって、αを
【数４】
2021513396.tif 000006
と置換すること、及びΔＴをΔＰと置換することにより、バイメタル梁に対するティモシェンコ式（例えば、ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ＿ｓｔｒｉｐを参照されたい）を適応することが可能である。次に、屈曲したデバイスの曲率κが、
【数５】
2021513396.tif 000007
により推定され得、ここで、ｈは被膜の厚さである。この単純な推定は、いくらかの強い単純化を行う。すなわち、それは、円形断面ではなく二次方程式から導出され、それは光ファイバーの影響を無視する。
【００４１】
本発明の更なる実施形態によると、コーティングは少なくとも２つの長手方向セクションを含み、少なくとも２つの長手方向セクションの各々が、第１の材料から作られた第１の環状サブセクションと第１の材料と異なる第２の材料から作られた第２の環状サブセクションとを含み、第１の材料は、熱膨張係数ＣＴＥ１、ヤング弾性率Ｅ１、及びポアソン比ν１をもち、第２の材料は、熱膨張係数ＣＴＥ２、ヤング弾性率Ｅ２、及びポアソン比ν２をもち、ＣＴＥ１とＣＴＥ２との差がＣＴＥ１及びＣＴＥ２の最低値の１０％以下（≦１０％）であること、Ｅ１とＥ２との差がＥ１及びＥ２の最低値の１０％以下（≦１０％）であること、及び、ν１とν２との差がν１及びν２の最低値の７５％以上（≧７５％）であることのうちの少なくとも１つが成り立つ。ν１及びν２の差の代わりに、ν１及びν２に対する絶対値間の差が考慮されてよい。この違いは、０．０５以上、例えば０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、又は０．２５以上である。本例では、ν１及びν２が同じ条件／測定方法を使用して決定されるか、又は、好ましくは、ν１及びν２を決定するために異なる条件／測定方法を使用することに関する標示がないことを条件として、同じ文献ソースから導出される。幾つかの値に対する適切な文献ソースは、例えば、ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｐｏｉｓｓｏｎ％２７ｓ＿ｒａｔｉｏである。
【００４２】
このような同様の熱膨張係数、同様のヤング弾性率、及び異なるポアソン比に対するそれぞれの値は、利用可能な教科書から導出される。代替的に、これらの値は、比較される材料に対して同じデバイス及び方法を使用することを条件として、任意のデバイス及び方法を使用することにより測定される。熱膨張係数、ヤング弾性率、及びポアソン比に対して使用される値は、それぞれ、最小値に対する差の５０％未満の許容誤差をもつ。しかし、許容誤差が上記の範囲より大きい場合、許容誤差の算術平均が使用される。３つの条件のすべてが同時に満たされることが必要なわけではないことが理解される。むしろ、例えば、同様の熱膨張係数及び異なるポアソン比、又は、同様のヤング弾性率及び異なるポアソン比といった各組み合わせが可能である。
【００４３】
ν１≒０．４９、すなわち、ν１が０．４６から０．５、例えば０．４８から０．４９、又は０．４９であり、第２のコーティング材料は、約０．２以下、例えば０．１８以下、又は０．１５以下のポアソン数ν２をもつことが特に好ましい。
【００４４】
好ましくは、ＣＴＥ１とＣＴＥ２との差は、≦８％、例えば≦５％、又は≦２％である。更に、好ましくは、Ｅ１とＥ２との差は、≦８％、例えば≦５％、又は≦２％である。更に、好ましくは、ν１とν２との差は、≧１００％、例えば≧１１０％、又は≧１２０％である。
【００４５】
本発明の一実施形態によると、少なくとも２つの長手方向セクションの各々が、第１の環状サブセクションと第２の環状サブセクションとを含む、第１の環状サブセクションがアジマスφ１をもち、０°≦φ１＜１８０°であり、第２の環状サブセクションがアジマスφ２をもち、φ１＋φ２＝３６０°である。第１の環状サブセクションは、例えば０°から４５°、０°から６０°、０°から９０°、０°から１２０°といった上述の範囲における任意のアジマスφ１をもつ。
【００４６】
好ましくは、中心軸は、円筒座標系の長手方向軸に対応している。これは、１つの光ファイバーコアを含む光ファイバーが検討される場合に特に当てはまる。光ファイバーが２つ以上のファイバーコアを含む場合、中心軸は、好ましくは、少なくとも１つの光ファイバーコアのうちの１つの軸に対応し、又は、ファイバーの断面の幾何学的中心に一致する。代替的に、中心軸は、少なくとも１つの光ファイバーコアのうちの１つの軸に対してずれた位置にあり、平行である。
【００４７】
例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、又は１００といった任意の数の長手方向セクションが使用される。各長手方向セクションが、少なくとも２つの環状サブセクションから作られる。２つの環状サブセクションが、異なる機械的性質、特に、上述の範囲内の異なる熱膨張係数、ヤング弾性率、及びポアソン比のうちの少なくとも１つ以上をもつ。
【００４８】
好ましくは、２つの環状サブセクションのみが使用される。第１の環状サブセクションが環状アジマスφ１をもち、０°≦φ１＜１８０°であり、第２の環状サブセクションが環状アジマスφ２をもち、１８０°≦φ２＜３６０°であることが特に好ましい。代替的に、第１の環状サブセクションは環状アジマスφ１をもち及び第２の環状サブセクションは環状アジマスφ２をもつ。φ１とφ２とのうちの任意のものが１００°から２００°、特に、１２０°又は１８０°であり、及び、φ１＋φ２＝３６０°である。
【００４９】
本発明の別の実施形態によると、少なくとも２つの長手方向セクションの第１の環状サブセクションが重ならないように、少なくとも２つの長手方向セクションの第１の環状サブセクションは、光ファイバーの周囲において互い違いに位置している。
【００５０】
例えば、第１のセクションの第１の環状サブセクションは、０°≦φ＜１８０°の角度を包囲し、更なる第１の長手方向セクションの第１の環状サブセクションは、１８０°≦φ＜３６０°である。異なる角度φをもつ環状サブセクションの比は、０．８から１．２、例えば０．９から１．１、好ましくは０．９５から１．０５、例えば１．０であることが好ましい。第１の環状サブセクションは互いに近接しているか、又は、軸方向に対称なコーティングにより共有される。軸方向に対称なコーティングは、例えば特定の材料から完全に作られた長手方向セクションといった、区別された機械的性質をもたない長手方向セクションである。
【００５１】
第１の環状サブセクション及び／又は第２の環状サブセクションのアジマス開始位置がπの倍数であり、圧力に応じた光ファイバーの面内の振動性挙動をもたらすことが更に考えられる。代替的に、第１の環状サブセクション及び／又は第２の環状サブセクションのアジマス開始位置はπと異なるアジマス角にあり、圧力に応じて光ファイバーの螺旋の形状を実質的にもたらす。これは、例えば圧力変化に対する本デバイスのより高い感度をもたらす。更に、代替的に、第１の環状サブセクション及び／又は第２の環状サブセクションのアジマス開始位置は、ファイバーに沿った長手方向位置の関数として連続的に変わる。
【００５２】
本発明の更に違う別の実施形態によると、長手方向セクションの各々は、１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造のうちの少なくとも１つを包含する。
【００５３】
例えば１つ又は複数の、２つ以上の、３つ以上の、４つ以上の、５つ以上の、又は１０個以上の任意の数の反射ＦＢＧ構造、特にＦＢＧが、長手方向セクションの光ファイバーコア内に包含される。１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造のうちの少なくとも１つが、好ましくは、それぞれの長手方向セクションの光ファイバーコア内に対称に、例えば中心対称に位置する。より多くの反射ＦＢＧ構造は、圧力測定の感度を改善し、より高い精度の測定の補助にもなる。
【００５４】
本発明の更なる実施形態によると、本圧力感知デバイスは、少なくとも１つの軸方向に対称なコーティングを更に備え、０°≦φ＜３６０°である。
【００５５】
軸方向に対称なコーティングは、区別された機械的性質をもたない長手方向セクション、例えば特定の材料から完全に作られた長手方向セクションである。
【００５６】
軸方向に対称なコーティングは、通常、同じ材料から作られる。この材料は、光ファイバーの周囲において完全な環を形成する。軸方向に対称なコーティングによりカバーされた任意の数の、例えば少なくとも１つ又は複数の、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０個のエリアが存在する。軸方向に対称なコーティングによりカバーされたエリアは、長手方向セクションにより挟まれる。軸方向に対称なコーティングによりカバーされたエリア及び長手方向セクションの数の比は、０．８から１．２、例えば０．９から１．１、又は１．０であることが好ましい。
【００５７】
本発明の一実施形態によると、第１の環状サブセクションは、０°≦φ＜１８０°をとり、第２の環状サブセクションは、１８０°≦φ＜３６０をとる。
【００５８】
本発明の別の実施形態によると、圧力感知のためのシステムが提供される。本システムは本圧力感知デバイスと介入デバイスとを備え、光ファイバーの一端部が、介入デバイスに結合されている。
【００５９】
介入デバイスは、好ましくは、脈管内デバイスである。介入デバイスは、患者の血管に導入されることに適した、カテーテル、ガイドワイヤなどである。介入デバイスは、任意の適切な長さ、例えば１ｍの細長いシャフトを備える。システムは、ワークステーション又はコンソールを更に備え、ワークステーション又はコンソールに、介入デバイスが、通信のために、特に、例えば、信号の評価に適応された光インテロゲータ及び／又はコンソールコンポーネントといった１つ又は複数のコンソールコンポーネントの光通信のために接続される。本圧力感知デバイスを備える介入デバイスの一部が、血管に挿入可能に構成される。介入デバイスは、本圧力感知デバイスに加えて、例えばそれ自体で光学的形状感知（ＯＳＳ）といった異なる目的に適応された任意の数の追加的な（従来の）光ファイバーを含む。光学的形状感知は、三次元空間における構造の位置及び形状を決定するための光学的測定技術であり、それにより、例えば患者の特定の身体エリアに関連した血圧の厳密な相関を提供する。システムがユーザーに静水圧とデバイス位置との両方を同時に示すディスプレイなどを更に提供することが好ましい。本発明は介入デバイスに限定されず、むしろ、圧力を決定するための任意のデバイス又はシステムが包含されてよいことが容易に理解される。
【００６０】
本発明の更に違う別の実施形態によると、介入デバイスは、ガイドワイヤ又はカテーテルである。
【００６１】
本発明の更なる実施形態によると、介入デバイスは、光学インテロゲータを備える。
【００６２】
光学インテロゲータは、形状感知要素の細長い部分における散乱の振幅及び／又は位相を示す、散乱スペクトル信号である測定信号、特に、反射スペクトル信号を生成するためのものである。光ファイバーの異なる長手方向部分に作用する局所的な圧力、特に、局所的な静水圧を反映した局所的ひずみデータが、散乱スペクトル信号から導出され得、光ファイバーの局所的な曲率及び／又はねじれ角が、局所的ひずみデータから取得され得る。光学インテロゲータは、異なる目的に適応された任意の追加的な（従来の）光ファイバーのそれぞれの測定信号を生成することに更に適応される。
【００６３】
本発明の好ましい実施形態によると、圧力は、患者の血管内の血圧である。
【００６４】
本発明の別の好ましい実施形態によると、光ファイバーの屈曲から圧力差を計算することが、校正測定及び／又はＦＥＭ（有限要素法）シミュレーションにより実施される。
【００６５】
校正測定及びＦＥＭシミュレーションは、当技術分野においてよく知られている。代替的に、又は追加的に、次式、すなわち、
【数６】
2021513396.tif 000008
が使用されてよく、ここで、κは光ファイバー（１２）の屈曲の曲率であり、Ｅ１はコーティング（１６）の第１の材料のヤング弾性率であり、Ｅ２はコーティング（１６）の第２の材料のヤング弾性率であり、ν１はコーティング（１６）の第１の材料のポアソン比であり、ν２はコーティング（１６）の第２の材料のポアソン比であり、ｈは被膜（１６）の厚さであり、及び、ΔＰは圧力差である。
【００６６】
好ましくは、圧力感知デバイスを用意する方法が提供される。
【００６７】
本方法は、
中心軸Ｌと少なくとも１つの光ファイバーコアとを備える光ファイバーを提供することであって、少なくとも１つの光ファイバーコアが１つ又は複数の反射ＦＢＧ構造を持つ、提供することと、
コーティングが光ファイバーを囲むように、及び、コーティングが中心軸に沿って半径方向に非対称な機械的性質をもつように光ファイバーをコーティングすることと、
を有する。
【００６８】
好ましくは、コーティングにより光ファイバーをコーティングすることは、半径方向に非対称な手法により光ファイバーにコーティング材料を適用することを含む。
【００６９】
好ましくは、本方法は、コーティングを化学的に、及び／又は物理的に処理することを更に有する。
【００７０】
化学的に処理することは、例えば表面部分のエッチングを包含する。物理的に処理することは、コーティングのポリマーを硬化させるための適切な光源によるコーティングのポリマーの照射、及び／又は、レーザーを使用することによる表面部分のエッチングを包含する。環状サブセクションの要求される異なる機械的性質を生成するために、異なる光源及び／又は光の強さにより同じ材料を処理することが好ましい。
【００７１】
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下で説明される実施形態から明らかとなり、以下で説明される実施形態を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】概略図において血管内における本圧力感知デバイスを使用した圧力感知のためのシステムを示す図である。
【図２】本発明において使用される円筒座標系の概略図である。
【図３】本発明による圧力感知デバイスの一部の概略図である。
【図４ａ】非半径方向対称コーティングパターンがどのように静水圧を形状変化に変えるかの概略図である。
【図４ｂ】非半径方向対称コーティングパターンがどのように静水圧を形状変化に変えるかの概略図である。
【図５】コーティングの異なる非対称性が光ファイバーに適用された圧力感知デバイスの一部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
図１を参照して、圧力感知のためのシステム３０が説明される。システム３０は、血管内における血圧を決定することを可能にする。システムは、血管５０に挿入可能に構成された本圧力感知デバイス１０を備える。システム３０は、介入デバイス３２を更に備える。介入デバイス３２は、カテーテル、ガイドワイヤなどである。介入デバイス３２の少なくとも一部が、患者の血管５０内に導入されることに適している。介入デバイス３２は、１ｍより長い長さをもつ細長いシャフト３４を備える。介入デバイス３２の先端部３６、例えば非侵襲性先端部は、血管５０を傷付けない血管５０内における往復の動きに適応されている。
【００７４】
システム３０はワークステーション又はコンソール６０を更に備え、ワークステーション又はコンソール６０に対して、介入デバイス３２が、通信、特に、１つ又は複数のコンソールコンポーネントの光通信のために接続される。介入デバイス３２の全長の一部が血管２２に挿入可能に構成される。
【００７５】
図２は、本発明において使用される円筒座標系の概略図を示す。光ファイバーの軸方向次元は、近位から遠位に向かって長さＬである。長さ方向に（おおむね）平行な力、応力、ひずみ、及び他のベクトルは本出願において長手方向と呼ばれる。軸に（おおむね）直交した力及び他のベクトルは半径方向と呼ばれる。性質及び力は、アジマス角φで変わり得る。アジマスφに依存しない性質は、半径方向に対称である。
【００７６】
図３は、本発明による圧力感知デバイス１０の一部を示す。圧力感知デバイス１０は、少なくとも１つのより長い、又は複数のより短い、内部に書き込まれたＦＢＧを含む光ファイバーコア１４を備える。代替的に、ファイバーは、それら独自のＦＢＧを含む複数のファイバーコアを含有する。１コアファイバーが使用される場合、コアは好ましくは、中立軸からずれた位置にある。ファイバーコア１４は血流に圧力的に直接接触するコーティングによりコーティングされている。コーティングは、軸方向に対称ではない。むしろ、デバイスの長さ方向に沿った複数の長手方向セクション２０の各々が、第１のコーティング材料によりコーティングされた第１の環状サブセクション２２、すなわち、各長手方向セクション２０の一部、好ましくは２分の１（例えば、アジマス角０°≦φ＜１８０°）と、第２のコーティング材料によりコーティングされた第２の環状サブセクション２４（アジマス角１８０°≦φ＜３６０°）とを示す。デバイスの長さ方向に沿った他の位置において、コーティングが反転されるか、又は、ファイバーは、ただ１つの軸方向に対称なコーティング２６によりコーティングされる。好ましくは、元の順序の両方のコーティングを含む、デバイスの合計の長さＬＯは、反転したコーティングを含む、デバイスの合計の長さＬＩに等しい。第１のコーティング材料と第２のコーティング材料とは、異なる値のポアソン数及び／又はヤング率をもつ。理想的に、第１のコーティング材料は、ポアソン数ν１≒０．４９をもつある種類のゴムであり、第２のコーティング材料は、約０．２以下のポアソン数ν２をもつ。理想的には、第１のコーティング、及び、第２のコーティングは、同様の熱膨張係数ＣＴＥ１及びＣＴＥ２をもち、ＣＴＥ１とＣＴＥ２との差は、ＣＴＥ１及びＣＴＥ２の最低値に対して１０％以下（≦１０％）である。更に、ファイバーコア１４は、光学インテロゲータ（参照符号３８により示される）、好ましくはＦＢＧインテロゲータに接続されている。ファイバーコア１４の他方側は、非侵襲性先端部に向かって延びているか、又は非侵襲性先端部である。
【００７７】
図４ａ及び図４ｂは、非半径方向対称コーティングパターンがどのように静水圧を形状変化に変えるかの概略図を示す。図４ａから導出されるように、血液の静水圧はコーティング１６に半径方向の力（応力）７０、７２を加える。この力は、長手方向における伸張（横応力）に連動した半径方向におけるコーティングの圧縮（軸ひずみ）をもたらす。ひずみに対する応力（又は圧力）の比は、ヤング率により与えられ、軸ひずみに対する横ひずみの比は、コーティング材料のポアソン数により与えられる。概して、血管内におけるデバイス１０に対する静水圧は、アジマス角φに依存せず、すなわち半径方向に対称である。コーティングが半径方向にも対称である場合、長手方向に結果として得られる伸張は、同様に、半径方向に対称であり、デバイス及びファイバーは、上記の式（２）に従って単に長さを伸ばす。軸方向に対称なコーティング２６によりカバーされたエリアにおいてこれが当てはまる。しかし、第１のコーティング材料によりカバーされた第１の環状サブセクション２２、及び、第２のコーティング材料によりカバーされた第２の環状サブセクション２４では、コーティングは半径方向に対称でない。第１のコーティングは第２のコーティングと異なる変形をする。結果として、デバイス１０は局所的に屈曲又は変形し、（参照符号１８により示される）、このことが図４ｂに示される。この局所的な形状変化は、光学インテロゲータ３８を介して読み取られ、静水圧を再構成するために使用され得る。熱的効果及び追加的なひずみが読み取りに影響を与え得るので、この再構成は演算的に困難であり得る。第１のコーティングと第２のコーティングとが同様の、又は、更には対応する熱膨張係数をもつ場合、屈曲効果は温度に依存しない。ひずみを補償することは、光学的形状感知アルゴリズムを使用することにより行われ得る。この実施形態において説明されるデバイスに対する静水圧によりもたらされる屈曲効果に対する厳密な値は、式（３）から式（５）に関連してここまでに示されているように数値シミュレーションを使用して最も適切に実施される。ν１＝０．４９及びν２＝０．２、及び、コーティング厚ｈ＝７５μｍである、Ｅ１＝Ｅ２＝３ＧＰａのポリマーコーティングに対して、
【数７】
2021513396.tif 000009
又は、
【数８】
2021513396.tif 000010
の曲率が取得される。
【００７８】
図５は、コーティングの異なる非対称性が光ファイバーに適用された圧力感知デバイスの一部の概略図を示す。この実施形態は図３と同様であるが、光ファイバーコア１４の第１の環状サブセクション２２と第２の環状サブセクション２４とに適用されるコーティングの異なる非対称性を利用する。図３によると、２つの異なるコーティングが、ファイバーの外周に沿って交互に適用される。この手法では、それぞれのコーティングセクションのアジマス開始位置は、図Ａに示されるようにπの倍数である。この場合、光ファイバーコア１４に印加される力の対称性の結果として、ファイバーが図４ｂに示されるように局所的に屈曲し、面内の振動性挙動を示す。両方のコーティング材料を単に交互にするだけでなく、更に、πと異なるアジマス角において後続のコーティングセクションを適用すること（図Ｂ）により、この対称性は破られ得る。結果として、コーティング材料長軸の周囲において螺旋状に延び始める。この場合にＦＢＧに印加される力の非対称性に起因して、ファイバー形状がこの場合、３Ｄ空間において振動して螺旋の形状になる。ＦＢＧは、この場合、２Ｄ平面に広がる代わりに３Ｄ空間に広がることを可能にするので、印加される圧力に応じた結果として得られるひずみ及び曲率が例Ａに比べて大きく、デバイスの圧力感度を上げると想定される。図Ｃは、コーティングセクションのアジマス開始位置がファイバーに沿った長手方向位置の関数として連続的に変わる状況を示し、すなわち、両方のコーティングセクションが離散的な手法により位置を変えるのではなく、連続的な手法により光ファイバーコア１４の周囲において螺旋状になる。
【００７９】
したがって、本発明は、１つ又は複数のファイバーブラッグ格子を含む光ファイバーを含む脈管内デバイス、例えばガイドワイヤ又はマイクロカテーテルのための圧力感知デバイスを提供し、
デバイスの機械的性質（特にヤング率又はポアソン比）が、カテーテルの長さ方向に沿ったすべての点において半径方向に対称というわけではなく、軸方向位置Ｌの関数としてファイバーのアジマス角φで変化し、
結果として、静水圧が、局所的な静水圧を決定するために検出され得る半径方向の力をデバイス及びＦＢＧに加え、
特に、それらの半径方向の力が、検出され得るデバイス及び／又は含まれるファイバーの局所的な半径方向の変形（屈曲）をもたらし、
特に、静水圧が熱的効果もひずみももたらさずにこのような変形（屈曲）をもたらすだけとなる手法により、機械的性質がバランスをとられる。これは、例えば同様の熱膨張係数及び同様のヤング率をもつが、異なるポアソン比をもつ材料を使用することにより行われ得、
特に、光学的形状感知方法が、変形を検出するために使用され、
特に、半径方向の非対称性が、デバイスの長さ方向に沿った特定の測定点に制限され、
特に、半径方向の非対称性が、半径方向領域の半分（例えば０°≦φ＜１８０°）にわたるある材料パラメータ集合と、第２の半分（例えば１８０°≦φ＜３６０°）にわたる第２の材料パラメータ集合とからなり、
特に、特に半径方向の非対称性が１８０°ごとに交互である非対称性により実現される場合、局部的な変形の大部分が互いに打ち消し合い、デバイス全体の強い変形をもたらさない手法により、半径方向の非対称性が互い違いに位置し、
特に、材料パラメータにおける非対称性が、光ファイバーのコーティングの形態をとる。非対称性は、（１）非対称な手法によりファイバーにコーティングを物理的に適用すること、又は、（２）例えば非対称な手法による光の照射により対称的に適用されたコーティングを処理することにより、導入され得、
光学的形状感知技術が、局所的な圧力に関する情報を読み取るために使用され、及び、静水圧とデバイス位置との両方がユーザーに示される。
【００８０】
図面及び上述の説明に本発明が例示され、詳細に説明されているが、このような例示及び説明は例示又は一例とみなされ、限定とはみなされず、本発明は開示されている実施形態に限定されない。開示されている実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の考察により、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び実現され得る。
【００８１】
特許請求の範囲において、「備える（含む、有する、もつ）」という用語は、他の要素もステップも排除せず、単数形の表現は複数を排除しない。１つの要素又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されている幾つかの項目の機能を実現してよい。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということが、利点を得るためにこれらの手段の組み合わせが使用不可能なことを示すわけではない。
【００８２】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一体的に、又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な非一時的媒体において記憶／配布されてよいが、例えばインターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介して他の形態で配布されてもよい。
【００８３】
特許請求の範囲における参照符号は、いずれも特許請求の範囲を限定するように解釈されてはならない。
【図１】
2021513396.tif 000011
【図２】
2021513396.tif 000012
【図３】
2021513396.tif 000013
【図４ａ】
2021513396.tif 000014
【図４ｂ】
2021513396.tif 000015
【図５】
2021513396.tif 000016
【国際調査報告】
2021513396.tif 000017
2021513396.tif 000018