(57)【要約】  本明細書に説明されるのは、処理デバイスと、曝露放射線のビームを試料に伝送し、散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、試料の一部が焼灼されるようにレーザ焼灼エネルギーを伝送するように構成される複数の光学ポートを有する近位および遠位部分を有するカテーテルと、を含むカテーテルシステムにより、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するためのデバイスおよび方法である。処理デバイスは、曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源、およびレーザ焼灼エネルギーを生成するように構成される第２の光源を含む。カテーテルシステムは、曝露放射線のビームを複数の光学ポートに向け、散乱放射線の１つまたは複数のビームを結合し、レーザ焼灼エネルギーを複数の光学ポートのうちの少なくとも１つの光学ポートに向ける１つまたは複数のマルチプレクサをさらに含む。
2021532844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテルであって、
近位部分と、
遠位部分であって、
複数の光学ポートであって、
曝露放射線の１つまたは複数のビームを試料に伝送し、
前記試料から反射または散乱された散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、
前記試料の少なくとも一部が焼灼されるようにレーザ焼灼エネルギーを伝送するように構成される、複数の光学ポート、および
前記複数の光学ポートを一定の空間関係に維持するように構成されるホルダを備える、遠位部分と、
前記近位部分と前記遠位部分との間に結合されるシースと、を備える、カテーテルと、
処理デバイスであって、
曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源、および
前記レーザ焼灼エネルギーを生成するように構成される第２の光源を備える、処理デバイスと、
マルチプレクサであって、
前記曝露放射線の１つまたは複数のビームを前記放射線のソースビームから前記複数の光学ポートに向け、
前記散乱放射線の１つまたは複数のビームを結合し、
前記レーザ焼灼エネルギーを前記複数の光学ポートのうちの少なくとも１つの光学ポートに向ける、マルチプレクサと、
を備える、カテーテルシステム。
【請求項２】
前記複数の光学ポートは、剛性部分および可撓性部分を有する基板上に形成される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項３】
前記複数の光学ポートは、前記基板の前記剛性部分の上に形成され、前記剛性部分は、前記可撓性部分によって相互接続される、請求項２に記載のカテーテルシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の光源は、前記カテーテルの遠位端内の結合素子によって光学的に結合される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項５】
前記第１および第２の光源は、前記カテーテルの近位端内の結合素子によって光学的に結合される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項６】
前記曝露放射線の１つまたは複数のビーム、前記散乱放射線の１つまたは複数のビーム、および前記レーザ焼灼エネルギーの波長で実質的に透明であるキャップをさらに備え、前記キャップは、前記ホルダに固定され、前記ホルダおよび前記複数の光学ポートを被覆するように構成される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項７】
前記マルチプレクサは、位相シフトを実施するようにさらに構成される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項８】
前記複数の光学ポートは、前記試料の前記一部の温度を示す１つまたは複数の信号を受信するようにさらに構成される、請求項１に記載のカテーテルシステム。
【請求項９】
併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するための方法であって、
焼灼カテーテルを用意するステップであって、前記焼灼カテーテルは、近位端、複数の光学ポートを有する遠位端、および前記近位端と前記遠位端との間に結合されるシースを備える、ステップと、
曝露放射線の１つまたは複数のビームを、前記複数の光学ポートを介して、前記焼灼カテーテルの前記遠位端近くの試料に伝送するステップと、
前記複数の光学ポートを介して、前記試料から散乱または反射放射線の１つまたは複数のビームを受信するステップと、
前記複数の光学ポートのうちの少なくとも１つの光学ポートから出力されるレーザ焼灼エネルギーを使用して、前記試料の少なくとも一部を焼灼するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
第１の光源を使用して曝露放射線のソースビームを生成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第２の光源を使用してレーザ焼灼エネルギーを生成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の光源の出力部において前記焼灼カテーテル内に１つまたは複数の絶縁素子を適用するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼灼カテーテルの前記近位端または前記遠位端内の結合素子によって前記第１および第２の光源を光学的に結合するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
処理デバイスを使用して、前記曝露放射線の１つまたは複数のビーム、前記散乱放射線の１つまたは複数のビーム、および前記レーザ焼灼エネルギーのうちの少なくとも１つを表す信号に１つまたは複数の位相シフトを適用するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記焼灼カテーテルの前記遠位端は、前記曝露放射線の１つまたは複数のビーム、前記散乱放射線の１つまたは複数のビーム、および前記レーザ焼灼エネルギーの波長で実質的に透明であるキャップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するためのカテーテルシステムであって、
カテーテルであって、
近位部分と、
遠位部分であって、
複数の光学ポートであって、
曝露放射線の１つまたは複数のビームを試料に伝送し、
前記試料から反射または散乱された散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、
前記試料の少なくとも一部が焼灼されるようにレーザ焼灼エネルギーを伝送するように構成される複数の光学ポートを備える、遠位部分と、
前記近位部分と前記遠位部分との間に連結されるシースと、を備える、カテーテルと、
処理デバイスであって、
曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源、および
前記レーザ焼灼エネルギーを生成するように構成される第２の光源を備える、処理デバイスと
を備える、カテーテルシステム。
【請求項１７】
前記カテーテルは、前記複数の光学ポートを一定の空間関係に維持するように構成されるホルダをさらに備える、請求項１６に記載のカテーテルシステム。
【請求項１８】
前記複数の光学ポートは、剛性部分および可撓性部分を有する基板上に形成される、請求項１６に記載のカテーテルシステム。
【請求項１９】
前記第１および第２の光源は、前記カテーテルの遠位端または近位端内の結合素子によって光学的に結合される、請求項１６に記載のカテーテルシステム。
【請求項２０】
第１のマルチプレクサであって、
前記曝露放射線の１つまたは複数のビームを前記放射線のソースビームから前記複数の光学ポートに向け、
前記散乱放射線の１つまたは複数のビームを結合する、第１のマルチプレクサと、
第２のマルチプレクサであって、
前記レーザ焼灼エネルギーを前記複数の光学ポートのうちの少なくとも１つに向ける、第２のマルチプレクサと、を備える、請求項１６に記載のカテーテルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学組織評価およびレーザ焼灼を併合したカテーテルの設計、およびこれを使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼灼は、組織壊死をもたらすための医療技術である。それは、異なる病理、中でも、がん、バレット食道、または不整脈などを治療するのを助けるために使用される。いくつかの場合において、凍結切除のための極低温冷却、化学的焼灼のための化学製品、ラジオ波（ＲＦ）焼灼、レーザ焼灼、および同様のものなど、様々なタイプの焼灼が利用され得る。ラジオ波（ＲＦ）焼灼の場合、数百ｋＨｚを上回る発振周波数での交流の印加は、ジュール効果によって熱を送達すると同時に興奮性組織の刺激を回避する。
【０００３】
組織温度の上昇は、コラーゲン、ミオシン、またはエラスチンなどのタンパク質を含む、生体分子の変性をもたらす。伝統的には、ＲＦ焼灼は、患者の身体上に外部電極を置き、患者の身体内の治療されるべき組織と接触して置かれるカテーテルの先端に交番電位を印加することによって行われる。焼灼効果は、印加された電力、電気接触の質、局部組織性状、組織表面近くの血流の存在、および潅注の効果を含む、いくつもの因子に依存する。これらのパラメータの変動性が理由で、一貫した結果を得ることは困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ＲＦ焼灼治療のための従来の焼灼カテーテルおよび方法は、ＲＦ焼灼手技中の正確性のためにカテーテル電極を標的組織と整列させることに関連した課題が理由で制限される。本明細書に提示される実施形態において、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼のための焼灼カテーテルが説明される。
【０００５】
本焼灼カテーテルは、ＲＦ焼灼カテーテル内の各電極のために複雑な電気配線を利用するＲＦ焼灼カテーテルにおける問題に対して費用対効果の高いソリューションを提供することができる。いくつかの実施形態において、焼灼カテーテルは、標的組織の評価および焼灼の両方を行うための複数の光学ポートを含む。レーザ焼灼エネルギーが、組織評価を実施するために使用される同じ光学ポートを通じて伝送されることを可能にすることによって、焼灼カテーテルは、焼灼されている同じ標的組織の集中的な評価を可能にする単一の基板を使用することができる。本明細書に提示される実施形態において、曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギーを標的組織に伝送するための複数の光学ポートを有するカテーテルを使用して光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するためのデバイスおよび方法が説明される。
【０００６】
一実施形態において、カテーテルシステムは、遠位部分、近位部分、および遠位部分と近位部分との間に結合されるシースを有するカテーテルと、処理デバイスとを含む。遠位部分は、複数の光学ポート、および複数の光学ポートを一定の空間関係に維持するように構成されるホルダを含む。複数の光学ポートは、曝露放射線の１つまたは複数のビームを試料に伝送し、試料から反射または散乱された散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、試料の少なくとも一部が焼灼されるようにレーザ焼灼エネルギーを伝送するように構成される。処理デバイスまたはカテーテルの近位部分は、曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源、およびレーザ焼灼エネルギーを生成するように構成される第２の光源を含む。カテーテルシステムはまた、曝露放射線の１つまたは複数のビームを放射線のソースビームから複数の光学ポートに向け、散乱放射線の１つまたは複数のビームを結合し、レーザ焼灼エネルギーを複数の光学ポートのうちの少なくとも１つの光学ポートに向けるように構成されるマルチプレクサを含む。
【０００７】
併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するための例示的な方法が説明される。本方法は、焼灼カテーテルを用意するステップを含み、焼灼カテーテルは、近位端、複数の光学ポートを有する遠位端、および近位端と遠位端との間に結合されるシースを含む。本方法は、曝露放射線の１つまたは複数のビームを、複数の光学ポートを介して、焼灼カテーテルの遠位端近くの試料に伝送するステップと、複数の光学ポートを介して、試料から散乱または反射放射線の１つまたは複数のビームを受信するステップと、複数の光学ポートのうちの少なくとも１つの光学ポートから出力されるレーザ焼灼エネルギーを使用して、試料の少なくとも一部を焼灼するステップと、をさらに含む。
【０００８】
別の実施形態において、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するためのカテーテルシステムが説明される。カテーテルシステムは、遠位部分、近位部分、および近位部分と遠位部分との間に結合されるシースを有するカテーテルと、処理デバイスとを含む。遠位部分は、曝露放射線の１つまたは複数のビームを試料に伝送し、試料から反射または散乱された散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、試料の少なくとも一部が焼灼されるようにレーザ焼灼エネルギーを伝送するように構成される複数の光学ポートを含む。処理デバイスまたはカテーテルの近位部分は、曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源、およびレーザ焼灼エネルギーを生成するように構成される第２の光源を含む。さらなる特徴および利点、ならびに様々な実施形態の構造および動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本明細書に説明される特定の実施形態は、限定的であることは意図されないということに留意されたい。そのような実施形態は、単に例証の目的のために本明細書に提示される。追加の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者には明らかであるものとする。
【０００９】
本明細書に組み込まれ、明細書の部分を形成する添付の図面は、説明と一緒に本発明の実施形態を例証するものであり、さらに、本発明の原理を説明する役割、ならびに当業者が本発明を作製および使用することを可能にする役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態に従う、カテーテルの例示的な図である。
【図２】本開示の実施形態に従う、カテーテルの断面を例証する図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｃ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｄ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｅ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｆ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図３Ｇ】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する図である。
【図４】本開示の実施形態に従う、カテーテルの遠位端を例証する追加の図である。
【図５】本開示の実施形態に従う、カテーテルの併合された光学評価およびレーザ焼灼システムの例示的なブロック図である。
【図６】異なる波長および温度での黒体スペクトルを示す例示的なグラフである。
【図７】本開示の実施形態に従う、窒化シリコン導波路の積層の例示的な図である。
【図８】本開示の実施形態に従う、放射線のビームを向けるように設計されるデバイスの例示的な図である。
【図９Ａ】本開示の実施形態に従う、波長の関数としての反射率を示す例示的なグラフである。
【図９Ｂ】本開示の実施形態に従う、層厚の関数としての反射率を示す例示的なグラフである。
【図１０】本開示の実施形態に従う、潅注手法による導波路の例示的な実施形態を例証する図である。
【図１１】本開示の実施形態に従う、各波長の焦点面位置および対応する焦点深度値を示す例示的なグラフである。
【図１２】本開示の実施形態に従う、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するための例示的な方法を例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して説明される。
【００１２】
特定の構成および配置について論じられるが、これは、単に例証の目的のためになされるということを理解されたい。当業者は、他の構成および配置が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく使用され得ることを認識するものとする。本発明が様々な他の用途においても用いられ得ることは当業者には明らかである。
【００１３】
本明細書における「１つの実施形態」、「一実施形態」、「例示的な実施形態」などへの言及は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、すべての実施形態が、必ずしもその特定の特徴、構造、または特性を含み得るわけではないということに留意されたい。さらには、そのような表現は、必ずしも同じ実施形態を指さない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、ある実施形態と関連して説明されるとき、それは、明示的に説明されるにしろ、そうでないにしろ、他の実施形態と関連したそのような特定の特徴、構造、または特性が有効であるということは当業者の知るところである。
【００１４】
本明細書で使用される場合、「レーザエネルギー」または「レーザ焼灼エネルギー」は、電磁放射線の誘導放出に基づいた光増幅のプロセスを通じて放出される光を指し、またレーザ源によって生成されるレーザ光の１つまたは複数のビームを指す。この応用は、特に、心臓焼灼を指すが、本明細書に説明される実施形態は、焼灼のための追加のエネルギー源と共に、他の病理も標的とし得るということに留意されたい。他の病理を治療するためにレーザ焼灼エネルギーを使用する原理は同様であり、したがって、レーザ焼灼エネルギーを適用するために使用される技術は同様である。
【００１５】
本明細書に開示されるのは、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼のための焼灼カテーテルの実施形態であり、この焼灼カテーテルは、標的組織の評価および焼灼の両方のための複数の光学ポートを含む。いくつかの実施形態において、カテーテルの複数の光学ポートは、曝露放射線の１つまたは複数のビームを試料に伝送し、試料から反射または散乱された散乱放射線の１つまたは複数のビームを受信し、試料の少なくとも一部が焼灼されるようにレーザエネルギーを伝送するように構成される。光学的評価信号およびレーザ焼灼信号の伝送のために同じ光学ポートを利用することにより、焼灼カテーテルは、両方の様式を可能にする単一の基板内で焼灼されている同じ標的組織の集中的な評価を提供することができる。
【００１６】
本明細書において、用語「電磁放射線」、「光」、および「放射線のビーム」はすべて、様々な説明される要素およびシステムを通じて伝搬する同じ電磁信号を説明するために使用される。
【００１７】
カテーテル実施形態
図１は、本開示の実施形態に従うカテーテル１００を例証する。カテーテル１００は、近位部分１０２、遠位部分１０４、および近位部分１０２と遠位部分１０４との間に結合されるシース１０６を含む。一実施形態において、シース１０６は、ナビゲーション目的のために１つまたは複数の放射線不透過性マーカを含む。１つの実施形態において、カテーテル１００は、カテーテル１００と処理デバイス１０８との間に通信インターフェース１１０を含む。通信インターフェース１１０は、処理デバイス１０８とカテーテル１００との間に１つまたは複数のワイヤを含み得る。他の例では、通信インターフェース１１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、セルラなどのワイヤレス通信を可能にするインターフェース部品である。通信インターフェース１１０は、カテーテル１００の近位部分１０２または遠位部分１０４のいずれかに位置する１つまたは複数の送受信素子と通信し得る。
【００１８】
一実施形態において、シース１０６および遠位部分１０４は、使い捨てである。そのようなものとして、近位部分１０２は、新規の手技が実施されることになる度に新規のシース１０６および遠位部分１０４を装着することによって再使用され得る。別の実施形態においては、近位部分１０２も使い捨てである。
【００１９】
いくつかの実施形態において、電源、第１および第２の光源、ならびに干渉計素子などの様々な電気および光学部品が、処理デバイス１０８内に位置する。これらの部品からの電気および光学信号は、通信インターフェース１１０を介して近位部分１０２に送信され得る。これらの部品を処理デバイス１０８内に収容することにより、カテーテル１００の全体が使い捨てであってもよい。
【００２０】
他の実施形態において、近位部分１０２は、カテーテル１００の動作に使用される様々な電気および光学部品を収容し得る。第１の光源は、光学的評価のための放射線のソースビームを生成するために近位部分１０２内に含まれ得る。第１の光源は、１つまたは複数のレーザダイオード、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＥＤ）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。光源によって生成される放射線のビームは、赤外領域内の波長を有し得る。１つの例では、放射線のビームは、１．３μｍの中心波長を有する。光源は、放射線のビームを単一の波長でのみ出力するように設計され得るか、または光源は、掃引源であってもよく、様々な異なる波長を出力するように設計され得る。生成された放射線のビームは、シース１０６内で近位部分１０２と遠位部分１０４との間に接続される光伝送媒体を介して遠位部分１０４の方へ導かれ得る。光伝送媒体のいくつかの例としては、単一モードファイバ、定偏波ファイバ、または多モード光ファイバ、および集積光導波路が挙げられる。１つの実施形態において、電気伝送媒体および光伝送媒体は、電気信号伝搬および光学信号伝搬の両方を可能にする同じハイブリッド媒体によって提供される。
【００２１】
さらに、近位部分１０２は、組織焼灼のためのレーザエネルギー源など、第２の光源を含み得る。いくつかの実施形態において、レーザエネルギー源は、レーザエネルギーの焼灼ビームを９８０ｎｍの波長または１０６０ｎｍの波長で放出し得る。近位部分１０２内のソースからのレーザエネルギーは、シース１０６内で近位部分１０２と遠位部分１０４との間に接続される光伝送媒体を介してカテーテル１００を伝搬し得、レーザエネルギーは、カテーテル１００の遠位部分１０４から標的組織へ出力され得る。例えば、ソースからのレーザエネルギーは、心組織内に貫壁損傷をもたらすために２０〜３０秒間標的組織に印加される５Ｗ〜１２Ｗの光パワーをもたらし得る。別の例では、ソースからのレーザエネルギーは、６０〜９０秒間標的組織に印加される３０Ｗ〜５０Ｗの光パワーをもたらし得る。光学的評価のための第１の光源およびレーザ焼灼のための第２の光源がどのように互いと結合されるかのさらなる詳細は、図５Ａおよび図５Ｂを参照して論じられる。
【００２２】
一実施形態において、近位部分１０２は、第１の光源から生成される光を使用して低コヒーレンス干渉法（ＬＣＩ）を実施するために、干渉計の１つまたは複数の部品を含む。干渉計データ分析の性質に起因して、一実施形態において、遠位端１０４へ、および遠位端１０４から光を導くために使用される光伝送媒体は、光偏光の状態および程度に影響を及ぼさない。別の実施形態において、光伝送媒体は、一定かつ可逆的な方法で偏光に影響を及ぼす。
【００２３】
近位部分１０２は、インターフェース素子をさらに含み得、これにより、カテーテル１００のユーザは、カテーテル１００の動作を制御することができる。例えば、近位部分１０２は、遠位部分１０４の偏向角を制御する偏向制御機構を含み得る。偏向制御機構は、近位部分１０２上の素子の機械的運動を必要とし得るか、または偏向制御機構は、遠位部分１０４の運動を制御するために電気的接続を使用し得る。近位部分１０２は、いつレーザエネルギーが遠位端１０４において印加されるか、またはいつ放射線のビームが遠位端１０４から伝送されるかをユーザが制御することを可能にする様々なボタンまたはスイッチを含み得、光学データの獲得を可能にする。いくつかの例では、これらのボタンまたはスイッチは、処理デバイス１０８に結合される別個のユーザインターフェースに位置する。
【００２４】
遠位部分１０４は、複数の光学ビューポートを含み、これについては以下にさらに詳細に説明される。一実施形態において、光学ビューポートのうちの１つまたは複数は、遠位部分１０４の外側本体部に機械加工される。例えば、遠位部分１０４の外側本体部の光学ビューポートのうちの１つまたは複数は、レーザ穴あけ、３Ｄ印刷、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、および／または他の技術によって作製され得る。光学ビューポートは、遠位部分１０４の外側にわたって分散され、複数の異なる視界方向を結果としてもたらす。光学ビューポートはまた、レーザエネルギーが光学ビューポートのうちの１つまたは複数を通じて組織焼灼のために向けられ得る複数の方向を可能にする。一実施形態において、複数の視界方向の各々は、実質的に非同一面上である。光学ビューポートはまた、焼灼中に遠位部分１０４および周囲の組織を冷却するために潅注機能を有して設計され得る。遠位部分１０４の設計に関するさらなる詳細は、図３Ａ〜図３Ｇおよび図４Ａ〜図４Ｂを参照して論じられる。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂは、本開示の実施形態に従う、シース１０６の断面図を例証する。シース１０６は、近位部分１０２を遠位部分１０４と相互接続する素子のすべてを含み得る。シース１０６ａは、潅注チャネル２０２、偏向機構２０６、電気的接続２０８、および光伝送媒体２１０を収容する実施形態を例証する。図２Ａは、電気的接続２０８および光伝送媒体２１０の両方の周りに巻き付けられる保護カバー２１２を例証する。電気的接続２０８は、遠位部分１０４に位置する光変調部品に信号を提供するために使用され得る。１つまたは複数の光伝送媒体２１０は、光源から生成される光（曝露光）を遠位部分１０４の方へ導く一方、光伝送媒体２１０の別のサブセットは、遠位部分１０４から返ってくる光（散乱または反射光）を近位部分１０２へ戻るように導く。別の例では、同じ１つまたは複数の光伝送媒体２１０が、両方の方向に光を導く。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の光伝送媒体２１０はまた、焼灼レーザエネルギー（例えば、レーザエネルギー源から生成される）をカテーテル１００の遠位部分１０４へ伝搬するために利用され得る。
【００２６】
潅注チャネル２０２は、冷却流体を遠位部分１０４の方へ導くために使用される中空管であってもよい。潅注チャネル２０２は、流体の温度に影響を及ぼすためにチャネルに沿って設置される加熱および／または冷却素子を含み得る。別の実施形態において、潅注チャネル２０２はまた、遠位部分１０４の周囲の流体を近位部分１０２の方へ引き付けるための道として使用され得る。
【００２７】
偏向機構２０６は、遠位部分１０４の偏向角を変えるために、遠位部分１０４に信号を提供するように設計される電気または機械素子を含み得る。一実施形態によると、偏向システムは、近位部分１０２に置かれる機械制御を起動させることによって遠位部分１０４の誘導を可能にする。このシステムは、近位部分１０２内の偏向機構制御を遠位部分１０４におけるカテーテル先端と接続するワイヤと組み合わせて、遠位部分１０４の一方向の偏向を提供することを目指したシース１０６内の整列されかつ均一に離間した一連の切欠きに基づき得る。この方式では、近位部分のある特定の運動が、遠位部分に反映され得る。カテーテル先端に装着されるいくつかの制御ワイヤの組み合わせを伴う他の実施形態は、異なる方向に沿ったカテーテル先端の偏向を可能にし得る。
【００２８】
図２Ｂは、シース１０６ｂの断面を例証する。シース１０６ｂは、電気的接続２０８がないことを除き、図２Ａのシース１０６ａと同じ素子の大半を有する実施形態を描写する。シース１０６ｂは、生成された放射線のビームの変調（例えば、多重化）が近位部分１０２または処理デバイス１０８において実施される状況で使用され得る。いくつかの実施形態において、シース１０６ｂは、組織の心電図を測定するため、遠位部分１０４内の電極のための電気的接続を含み得る。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｇは、本開示の実施形態に従う、遠位部分１０４内を例証する。例えば、図３Ａは、複数のビューポート３０２、複数の導波路３０４、および遠位部分１０４ａの先端に実質的に位置する１つまたは複数の潅注チャネル３１０を有する遠位部分１０４ａを例証する。複数のビューポート３０２は、試料３０８の様々なビューを達成するために、遠位部分１０４ａの外側の周りに任意のパターンで配置され得る。レーザエネルギーは、試料３０８の一部を焼灼するために、複数のビューポート３０２のうちの少なくとも１つのビューポート３０２に向けられ得る。一実施形態において、導波路３０４は、光集積回路内で規定される導波路など、任意のタイプの導波路構造であり得る。別の実施形態において、導波路３０４は、可撓性基板上で規定される導波路構造であり得る。さらに別の実施形態において、導波路３０４は、光ファイバであり得る。多重化ユニット３１２もまた、導波路構造を含む同じ可撓性基板上で規定され得る。
【００３０】
図３Ａおよび図３Ｂでは、導波路３０４は、複数のビューポート３０２の各々を通じて光を伝送すること、および受信することの両方のために、複数のビューポート３０２の各々において使用される。曝露光が、ビューポート３０２を通じて、遠位部分１０４ａから離れる方へ、および試料３０８上へ伝送される一方、試料３０８によって散乱または反射される光は、ビューポート３０２を通じて受信される。複数のビューポート３０２の各ビューポートは、２つ以上の光ファイバ、例えば、ファイバ束を含み得る。近位部分１０２または処理デバイス１０８内の第１の光源から生成される光（例えば、組織評価のため）は、多重化ユニット３１２を使用して、ビューポート３０２の各々の間で分割され得る。代替的に、多重化ユニット３１２は、光が進入または進出するため、複数のビューポート３０２のうちの１つを選択し得る。
【００３１】
追加的に、近位部分１０２または処理デバイス１０８内の第２の光源から生成されるレーザエネルギー（例えば、レーザ焼灼のため）は、標的焼灼のための複数のビューポート３０２のうちの少なくとも１つを選択するために同じ多重化ユニット３１２または異なる多重化ユニット（図示せず）を使用して、１つまたは複数のビューポート３０２に向けられ得る。多重化ユニット３１２は、光伝送線３１６を介して放射線の入力ビームおよびレーザビームを受信する。光伝送線３１６は、任意の数の光伝送素子（例えば、光ファイバ）を含み得、また図２Ａおよび図２Ｂの光伝送媒体２１０と同様であり得る。電気ワイヤ３１８は、カテーテル１００の近位部分１０２から、または処理デバイス１０８から多重化ユニット３１２に制御信号を伝達するために含まれ得る。
【００３２】
多重化ユニット３１２は、多重化ユニット３１２の様々な変調素子に制御信号を提供する関連電子装置３１４を含み得る。多重化ユニット３１２は、様々なビューポート３０２によって収集される光からの寄与の分離、ならびに光学組織評価のための光およびレーザ焼灼のための光の分離を可能にする、任意の多重化方法を使用し得る。１つのそのような多重化方法は、所与の時間において関連ビューポート３０２のうちの１つのみが有効であるように、多重化ユニット３１２が、制御された様式で、異なる出力導波路の間で切り替わる時間領域多重化である。別の好適な多重化方法は、ビューポート３０２の各々を横断する光が、異なるビューポート３０２に対応する信号の時間−周波数挙動が処理デバイス（例えば、処理デバイス１０８）によって差別化され得るようなやり方で変調される、周波数領域多重化である。コヒーレンス領域多重化もまた、異なるビューポート３０２に対応する信号が異なるコヒーレンス位置に現れ、したがって処理デバイス（例えば、処理デバイス１０８）によって差別化され得るように各ビューポート３０２を横断する光に異なる群遅延を導入することによって、多重化ユニット３１２において使用され得る。一実施形態において、これらの方法は、非排他的であり、最良の設計折衷案を見出すために組み合わされ得る。コヒーレンス領域多重化のように、多重化方法のうちのいくつかは、多重化ユニット３１２のいかなる電気的起動も必要としない。したがって、一実施形態において、コヒーレンス領域多重化に基づいた実装形態は、制御信号のための電気伝送媒体を必要としない。
【００３３】
１つの実施形態において、多重化ユニット３１２は、熱電光スイッチのネットワークを使用して窒化シリコンフォトニクスチップ上に作製される。多重化ユニット３１２における使用のための他の好適な材料としては、二酸化シリコン、酸窒化物、ニオブ酸リチウム、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、炭化シリコン、または光学等級ポリマー、および同様のものが挙げられる。光スイッチング動作を支援するための他の変調効果としては、電気光学効果、電荷キャリア密度効果、フォトメカニカル効果、液晶ベースの屈折率変調などが挙げられる。多重化機能はまた、小型化および包装制約が満たされ得る限り、微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスを通じて得られてもよい。電気ワイヤ３１８と多重化ユニット３１２との接続は、個々のワイヤボンディングもしくははんだ付けを介して、または、個々のプロセスもしくはバッチプロセスにおいてフリップチップアッセンブリを可能にする中間基板により、達成され得る。一実施形態において、この中間基板は、可撓性である。
【００３４】
一実施形態において、多重化ユニット３１２は、可撓性基板上に製作される。可撓性基板上に光学素子を形成するためのプロセスは、米国特許第９，０６２，９６０号明細書にさらなる詳細が説明されるような、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）チップまたはウェハに適用される基板搬送後処理ステップを含み、この特許の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。一実施形態において、結果として生じる可撓性デバイスは、開始厚さ（５００〜７００μｍ）よりも薄い（＜３５０μｍ）。多重化ユニット３１２は、部分的に可撓性である光集積チップによって実施され得る。一実施形態によると、複数の導波路３０４（例えば、光ファイバ）は、好適には、遠位部分１０４ａの周りに配置される様々なビューポート３０２に到達するために可撓性である。図３Ｃ〜図３Ｇに例証されるように、光集積チップは、可撓性部分によって接合される一連の相互接続された剛性部分から形成され得る。関連電子装置３１４は、多重化ユニット３１２を含む集積チップの底部側または上部側のいずれかに装着され得る。別の実施形態において、多重化ユニット３１２および関連電子装置３１４の両方が、可撓性基板上に設置される。１つの例では、多重化ユニット３１２および関連電子装置３１４の両方を有する可撓性基板が、カテーテル１００の遠位部分１０４ａ内に適合するように円筒形状に丸められる。
【００３５】
図３Ａに示されるように、遠位部分１０４ａは、遠位部分１０４ａの外側の複数の穴（図示せず）に流体を送達するために１つまたは複数の潅注チャネル３１０を含み得る。潅注チャネル３１０を介して送達される流体は、焼灼手技中に冷却するために使用され得る。他の実施形態において、潅注チャネル３１０は、試料３０８に治療液を送達するように設計され得る。
【００３６】
遠位部分１０４ａはまた、力センサ３１７を含み得る。一実施形態において、力センサ３１７は、１つまたは複数の基準軸に沿って動作中に遠位部分１０４ａに印加される力を測定するように設計される。力センサ３１７は、センサの一部に機械的に接続されるシース（例えば、剛性ワイヤ）に由来する剛性素子を含み得る。カテーテルおよび遠位部分１０４ａとシースとの間で作用する任意の機械的固定素子の全体的な組立体は、十分な応力を力センサ３１７に伝達することを確実にしなければならない。別の実施形態において、力センサ３１７は、例えば、ひずみゲージに基づいた、圧力センサであってもよい。
【００３７】
一実施形態によると、力センサ３１７は、多重化ユニット３１２と同じ基板内に規定される読み出し素子を有し得る。読み出しの原理は、ひずみに関連付けられた距離変化の干渉分析、共鳴型デバイスのスペクトル分析、圧電デバイス、静電容量測定、または電磁気的測定に基づき得る。一実施形態によると、力センサ３１７から生成される信号は、シース１０６を通っている追加のケーブルおよび／または光伝送媒体を通じて伝搬する。代替的に、信号は、多重化ユニット３１２およびその関連電子装置３１４のために使用される同じ電気および光学経路を通って伝搬し得る。後者の場合、多重化された光学経路および力センサ３１７データ経路は、好適な信号多重化技術により分離され得る。加えて、潅注チャネル３１０が低くかつ一定の流量でかん流される場合、圧力は、カテーテル１００の近位部分１０２に圧力変換器を追加することによって間接的に測定され得る。
【００３８】
一実施形態において、温度センサ３１９が、遠位部分１０４ａに含まれ得、動作中にカテーテルの実質的に先端において温度を測定する。図３Ａおよび図３Ｂは、１つのみの温度センサ３１９を例証するが、遠位部分１０４には任意の数の温度センサ３１９が存在し得る。温度センサ３１９は、サーモカップル、温度に応じた既知の抵抗を有する素子、光学パラメータが温度により変化する素子、または任意の他のタイプの温度センサであり得る。温度センサ３１９は、多重化ユニット３１２と同じ基板内に規定される素子として含まれ得る。一実施形態によると、温度センサ３１９から生成される信号は、シース１０６を通っている追加のケーブルおよび／もしくは光伝送媒体を通じて、または多重化ユニット３１２およびその関連電子装置３１４のために使用される同じ電気および光学経路を通じて、伝搬する。後者の場合、多重化された光学経路および温度センサ３１９データ経路は、好適な信号多重化技術により分離され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、遠位部分１０４は、組織の心電図を測定するための１つもしくは複数の電極、および／またはカテーテルのナビゲーションを可能にするための１つもしくは複数の磁気センサを含み得る。例えば、カテーテルの１つまたは複数の磁気センサは、磁界によりカテーテルをナビゲートするための外部発生磁界発生器と組み合わされ得る。
【００４０】
図３Ｂは、遠位部分１０４ｂとして描写される、遠位部分の別の実施形態を例証する。遠位部分１０４ｂは、遠位部分１０４ａにおいて説明されるものと同じ素子の多くを含む。しかしながら、遠位部分１０４ｂは、多重化ユニット３１２および関連電子装置３１４を含まない。ファイバの束３０５は、遠位部分１０４ｂ内の複数の導波路３０４に光を提供するために使用される。遠位部分１０４ｂを使用したカテーテル実施形態において、多重化ユニットは、近位部分１０２内に、またはカテーテル１００の外側に（例えば、処理デバイス１０８と共に）位置し得る。
【００４１】
図３Ａおよび図３Ｂに例証される遠位部分１０４のいずれかの実施形態において、複数のビューポート３０２は、ビューポート３０２のいずれかを横断する光に焦点を合わせるように設計される１つまたは複数のレンズおよび／もしくは鏡または同様の光学素子を含み得る。一実施形態によると、各ビューポート３０２内で使用される材料は、光学インタロゲーションのために使用される光の波長の範囲、およびレーザ焼灼のために使用される光の波長の範囲に対して実質的に透明である。例えば、各ビューポート３０２内で使用される材料は、光学組織評価のための１．３μｍおよびレーザ焼灼のための９８０ｎｍまたは１０６０ｎｍで実質的に透明であり得る。光学素子は、光損失を最小限にするために反射防止層でコーティングされ得る。鏡は、反射性にされるべき表面上のマスクを通じた金属層の選択的蒸発により局所的に作製され得、また平坦であり得るか、または集束機能を提供し得る。いくつかの実施形態において、金属コーティングを必要としない全反射（ＴＩＲ）鏡もまた、光をリダイレクトする、および／または集束させるために使用され得る。遠位部分１０４の本体は、射出成形プラスチックを使用して形成され得、また多重化ユニット３１２の包装を支援するように設計され得る。一実施形態において、複数のビューポート３０２において使用される光学素子は、屈折率分布型レンズおよび／または先細の先端を有するレンズを含む。
【００４２】
一実施形態において、複数のビューポート３０２のうちの１つまたは複数は、ビューポート３０２を通って出射する１つまたは複数のビーム（例えば、曝露放射線の１つまたは複数のビーム、およびレーザ焼灼エネルギー）が所与の方向で走査されることを可能にする走査素子（図示せず）を含む。走査素子は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）部品を含み得るか、または関連ビューポートからの放射線のビームの出射角を操舵するために電気光学変調器を使用し得る。放射線のビームの走査に関するさらなる詳細および例は、米国特許第９，３５４，０４０号明細書において見出すことができ、この開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態において、曝露放射線の走査は、試料の光干渉断層撮影（ＯＣＴ）画像の収集を可能にする。
【００４３】
図３Ｃ〜図３Ｇは、遠位部分１０４の追加の実施形態を例証する。これらの実施形態は、別途記載のない限り、図３Ａおよび図３Ｂで説明されるものと同じ素子の多くを含む。図３Ｃ〜図３Ｇに描写される配置の各々は、可撓性部分によって接合される剛性部分を有するフォトニック集積回路を含む遠位部分を例証する。図３Ｃに例証されるように、単一の基板３２０が、すべての剛性ビーム入力／出力部分３２２のためのベースとして使用され得る。各剛性ビーム入力／出力部分３２２は、少なくとも１つの薄い可撓性部分３２４に接続される。ビーム入力／出力部分３２２は、光学ポートを提供し得、遠位部分１０４の先端を形成するために可撓性部分３２４によって光学的および機械的に相互接続される。基板３２０は、したがって、複数の統合分岐を有し、各分岐が可撓性部分３２４によって相互接続される剛性ビーム入力／出力部分３２２を含む。分岐は、可撓性部分３２４において遠位端の先端の周りで屈曲する。この方式では、異なる形状および配置を受け入れることができる。ホルダ（図３Ｆおよび図３Ｇに例証される）は、分岐および対応する剛性ビーム入力／出力部分３２２の空間関係を固定するために使用され得る。
【００４４】
可撓性導波路は、光学ポートをマルチプレクサ３１２に光学的に接続するために可撓性部分にわたって延在し得る。可撓性部分は、基板を薄くするために基板材料を部分的に除去することによって形成され得る。ポリイミドの層が、薄くされた部分を強化するために追加され得る。マルチプレクサ３１２は、図３Ｃに示されるような剛性部分の上に形成され得るか、または剛性部分および可撓性部分にわたって組み入れられ得る。剛性部分の上にビーム光学ポートを形成する方が容易ではあるが、ビーム光学ポートは、可撓性部分の上にも形成され得る。一実施形態において、例えば、２×１または２×２の光カプラが、マルチプレクサ３１２の部分を形成するために剛性部分および／または可撓性部分にわたって適切に分散され得る。
【００４５】
ビーム入力／出力部分３２２は、光学ポートから集束または非集束ビームを出力し得る。加えて、ビームは、ビーム入力／出力部分３２２の平面において出射し得る（図３Ｄに示されるように）か、または平面に直交するなど（図３Ｅ〜図３Ｇに示されるように）など、ビーム入力／出力部分３２２の平面に対して斜角で出射し得る。次いで、放射線は、同じ光学経路に沿って試料から受信され得る。図３Ｅ〜図３Ｇは、放射線のビームを向けるように設計されるデバイスの様々な実施形態を例証する。さらなる詳細および代替的な配置は、米国特許第９，６９０，０９３号明細書において見出すことができ、この開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００４６】
図３Ｄは、可撓性部分３２４によって光学的および機械的に結合される２つのビーム入力／出力部分３２２を示す。導波路３３４は、基板の平面に沿って光学ポート３２６まで走り、光学ポート３２６は、曝露放射線のビームおよびレーザ焼灼エネルギーを標的組織に向けるように構成される。光学ポート３２６は、各々のビーム入力／出力部分３２２に沿って伝搬の平面に実質的に平行に放射線のビーム３４２を向ける。光学ポート３２６はまた、目的の領域へ光を通過させるために光学ポート３２６同士の整列およびビューポート３０２との整列を必要とすることなく、曝露放射線およびレーザエネルギーを向けることができる。ビーム入力／出力部分３２２は、単一の光学ポートに限定されず、代わりに、複数の光学ポートを有し得る。
【００４７】
図３Ｅ〜図３Ｇは、基板の表面に実質的に垂直である角度で放射線のビームを向けるという概念を例証する。しかしながら、これらの実施形態は、特定の素子の配置および構成において異なる。例えば、図３Ｅは、可撓性部分３２４によって機械的および光学的に結合される複数のビーム入力／出力部分３２２によって形成される基板３２０を例証する。可撓性部分の下の領域は、可撓性を付与するために除去されている。１つまたは複数の導波路３３４は、ビーム入力／出力部分３２２の各々の上に形成される。導波路３３４は、光学ポート間の光結合を許すために可撓性部分３２４にわたって延在し得る。導波路３３４は、クラッド層３３８ａおよび３３８ｂによって囲まれるコア層３３６を含む。反射体３４０は、導波路３３４と同一平面内に形成され、放射線のビーム３４２をビューポート３０２の方へ反射させるように設計される。
【００４８】
基板３２０は、表面および／またはバルク微細加工パターニングステップが実施されることを可能にする任意の好適な材料であり得る。１つの例では、基板３２０は、二酸化シリコン、シリコン、ガリウム砒素、燐化インジウム、または同様のものなど、結晶性材料である。他の例では、基板３２０は、ガラスまたはポリシリコンなど、非結晶である。導波路３３４のコア層３３６は、導波路３３４を通じて伝搬する放射線のビームを制限するために、クラッド層３３８ａおよび３３８ｂよりも高い屈折率を有する材料を含み得る。例えば、コア層３３６は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を含み得る。導波路３３４は、結晶構造を有し得るか、またはポリマーであり得る。例えば、導波路３３４は、組織評価およびレーザ焼灼に利用される波長で透明であり、かつ位相シフト機構を組み入れること、および取るに足りない非線形効果により光強度を取り扱うことができる１つまたは複数の材料から形成され得る。１つの例では、クラッド層３３８ａおよび３３８ｂは、二酸化シリコンであり、基板３２０は、シリコンであり、コア層３３６は、酸化シリコンである。導波路３３４は、ストリップ導波路、リッジ導波路、基板３２０の表面にわたって敷かれる光ファイバ、または任意の他のタイプであり得る。
【００４９】
一実施形態によると、反射体３４０は、導波路３３４を形成する層をエッチングすることから形成され得る。ウェット異方性エッチング液（例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ））は、反射体３４０の表面を形成するために、結晶面に沿って材料をはぎ取るために使用され得る。表面は、シリコンの熱酸化、およびフッ化水素酸（ＨＦ）などの別の化学エッチング液に反射体３４０を素早く曝露することによる酸化物除去プロセスによりさらに平滑化され得る。乾燥エッチング技術は、反射体３４０の角度の付いた表面を作成するためにも用いられ得る。例えば、様々な高さでフォトレジストを作製するためにグレースケールタイプのマスクを使用する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が、非平面構造を作製するために使用され得る。
【００５０】
一実施形態によると、反射体３４０は、導波路３３４の端から近距離に置かれる。この距離は、大きすぎてはならず、さもなければ、導波路３３４から出射する放射線のビームが遠くまで広がりすぎて、望ましくない光損失が発生することになる。この実施形態において、反射体３４０および導波路３３４の両方は、基板３２０の第１の表面と同一表面内でパターン化される。反射体３４０は、角度の付いた表面を有するように設計され得る。例えば、反射体３４０は、基板３２０の第１の表面に対して実質的に４５度の角度で角度の付いた表面を有し得る。この角度は、放射線のビームが基板３２０の表面に実質的に垂直の角度で向けられるようにする。別の例では、反射体３４０は、基板３２０の第１の表面に対して実質的に５４．７４度の角度で角度の付いた表面を有する。図３Ｅに例証される実施形態において、光は、ビューポート３０２へ向かって、上へ、および剛性ビーム入力／出力部分３２２から離れる方へ反射される。ビューポート３０２は、放射線の発散ビームを集束させるために、レンズなどの集束光学素子を含み得る。
【００５１】
図３Ｆは、追加の集束素子を必要としない代替的な配置を示す。代わりに、一実施形態によると、光学素子３４４は、導波路３３４の上に、および剛性ビーム入力／出力部分３２２の上表面の上に設置される。この実施形態において、光学素子３４４はレンズである。レンズは、放射線のビーム３４２を集束させるように、または放射線のビーム３４２をコリメートするように設計され得る。光学素子３４４は、ナノインプリントリソグラフィ、またはグレースケールマスクを使用した標準リソグラフィエッチングを使用して製造され得る。透明ポリマーの熱リフローもまた、湾曲したレンズ形状を形成するために使用され得る。光学素子３４４は、基板３２０において直接的にＲＩＥを使用して製作され得る。ＲＩＥを使用する利点は、基板材料が高い屈折率を有する（例えば、シリコン、ＩｎＰなどの材料）ときに実現され得、したがってレンズの性能は、周囲の媒体の屈折率にほとんど依存しない。レンズの集束表面の湾曲および位置は、レンズの焦点および焦点距離が所望のコリメートおよび集束性能を達成するように調整され得る。１つの例では、中間ポリマー層が、レンズ作動距離を設定するために光学素子３４４と導波路３３４との間に導入される。光学素子３４４は、続いて、光損失を最小限にするために反射防止誘電体スタックでコーティングされ得る。描写される配置は、導波路３３４と同じ側の基板３２０に光学素子３４４を有するが、導波路３３４は、放射線が基板３２０を通過することを許すために剛性ビーム入力／出力部分３２２に開口部を有する光学素子３４４の反対側に形成され得る。
【００５２】
モノリシックホルダ３５０は、剛性ビーム入力／出力部分３２２を物理的に保持および誘導するために凹部３５２を含む。図３Ｆの断面図は、基板３２０がどのようにホルダ３５０の周りで屈曲し得るかを例証する。ホルダ３５０は、遠位端１０４の先端の周りに剛性ビーム入力／出力部分３２２を空間的に固定し、可撓性部分３２４は、凹部３５２の間のホルダの部分に広がる。２つの剛性ビーム入力／出力部分３２２が詳細に示されるが、凹部３５２の各々が、通常、その中に、対応する剛性ビーム入力／出力部分３２２を有する。さらなる溝が、可撓性部分３２４のためにホルダ３５０に提供され得る。ホルダ３５０は、代替的には、モノリシック素子の代わりにフレームとして形成され得る。
【００５３】
図３Ｇは、集束素子を含み、それによりビューポート３０２における集束素子の必要性を軽減する別の代替的な配置を示す。図３Ｆに示される屈折素子の代わりに、図３Ｇの配置は、反射コーティング３４６を有する光学素子３４４を含む。反射コーティング３４６は、導波路３３４からの光を集束させるか、またはコリメートするために、光学素子３４４の放物面上に形成され得る。光学素子３４４および反射コーティング３４６は、上に説明されるような剛性ビーム入力／出力部分３２２上に形成され得る。代替的に、反射コーティング３４６は、さらなる光学素子が必要とされないように、ホルダ３５０の凹部３５２内に形成される放物面上に形成され得る。反射コーティング３４６は、軸上または軸外反射のために設計され得る。軸上反射の場合、実質的に環状の開口部が、ビーム入力／出力部分３２２に形成されて、ビーム３４２が基板３２０を通り平面反射体３４０の周辺を通過することを可能にし得る。
【００５４】
加えて、図３Ｄ〜図３Ｇに関して上に説明される特徴は、放射線のビーム３４２を向ける複数の手段を提供するために組み合わされ得る。
【００５５】
図４Ａは、一実施形態に従う、遠位部分１０４の外側の図を例証する。複数のビューポート３０２は、遠位部分１０４周辺の組織試料（例えば、心房壁）を見るため、およびレーザ焼灼によって組織試料の一部を焼灼するための、任意の数の角度を提供するために、遠位部分１０４の全外表面の周りにどこにでも位置し得る。加えて、遠位部分１０４は、図３Ａおよび図３Ｂに示される潅注チャネル３１０と関連付けられる複数の開口部４０２を含み得る。開口部４０２もまた、遠位部分１０４の外表面の周りにどこにでも置かれ得、遠位部分１０４の周囲の領域に液体を排出すること、または遠位部分１０４の周囲の領域から液体を引き込むことのいずれかのために使用され得る。一実施形態において、複数のビューポート３０２および開口部４０２は、遠位部分１０４の外表面の周りの同じ位置に置かれ得る。
【００５６】
図４Ｂは、一実施形態に従う、遠位部分１０４の分解組立図を例証する。複数の光学素子４０４は、遠位部分１０４周辺の組織試料（例えば、心房壁）を見るため、およびレーザ焼灼によって組織試料の一部を焼灼するための、任意の数の角度を提供するために、キャップ４１０の全外表面の周りにどこにでも位置し得る。キャップ４１０は、ホルダ３５０および基板３２０の周りに適合するように設計される。剛性ビーム入力／出力部分３２２は、ホルダ３５０の凹部３５２内に適合する。キャップ４１０はこのとき、ホルダ３５０および基板３２０を覆って適合し、整列および係止機構４１２および４１４によって固定される。戻り止め４１２は、近位部分１０２への光学接続を許しながらキャップ４１０をホルダ３５０に固定するためにインテント４１４内に適合する。キャップ４１０をホルダ３５０に固定することにより、光学素子４０４は、剛性ビーム入力／出力部分３２２の光出力と整列される。
【００５７】
いくつかの実施形態において、光学素子４０４と光出力との整列は、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するために必要とされない場合がある。すなわち、キャップ４１０は、光学インタロゲーションのために使用される光の波長の範囲、およびレーザ焼灼のために使用される光の波長の範囲に対して実質的に透明である材料を含み得る。例えば、キャップ４１０の材料は、光学組織評価のための１．３μｍおよびレーザ焼灼のための９８０ｎｍまたは１０６０ｎｍで実質的に透明であり得る。いくつかの場合において、キャップ４１０は、望ましくない後方反射を回避し、最大伝送エネルギーを組織に提供するために反射防止コーティングを含み得る。
【００５８】
併合された光学的評価およびレーザ焼灼実施形態
図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の実施形態に従う、カテーテルの併合された光学評価およびレーザ焼灼システムの例示的なブロック図を例証する。図５Ａは、第１の光源５０２、第２の光源５０４、第１の絶縁素子５０３、第２の絶縁素子５０５、結合素子５０６、光学スプリッタ５０８、第１のマルチプレクサ５１０、第２のマルチプレクサ５１２、および結合素子５１３を有する例示的なシステム５００を例証する。いくつかの実施形態において、システム５００の部品の各々は、カテーテル１００などのカテーテル内に収容される。例えば、第１の光源５０２および第２の光源５０４は、カテーテル１００の近位部分１０２または処理デバイス１０８内に位置し得る。いくつかの実施形態において、第１の光源５０２は、約１．３μｍの波長で試料５１４の光学的評価のための放射線のソースビームを生成し、第２の光源５０４は、約９８０ｎｍまたは約１０６０ｎｍの波長で試料５１４の組織焼灼のためのレーザエネルギーを生成する。第１および第２の絶縁素子５０３および５０５は、望ましくない後方反射による第１および第２の光源５０２および５０４の潜在的な損傷を回避するためにカテーテル内に挿入され得る光サーキュレータまたはアイソレータを含み得る。第１および第２の光源５０２および５０４によって生成される１つまたは複数の曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギービームは、カテーテル１００の近位部分１０２内の結合素子５０６によって光学的に結合され得る。例えば、結合素子５０６は、光ファイバ結合素子であってもよく、この光ファイバ結合素子は、第１および第２の光源５０２および５０４が、カテーテルの基板へ発射される前に結合されることを可能にする。
【００５９】
いくつかの実施形態において、結合素子５０６は、カテーテル１００のシース１０６を下る同じファイバ内での１つまたは複数の曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギービームの伝搬のため、第１および第２の光源５０２および５０４を単一のファイバ内で一緒に結合し得る。光学スプリッタ５０８は、カテーテル１００の遠位部分１０４において、１つまたは複数の曝露放射線ビームを１つまたは複数のレーザエネルギービームから分離または分割し得る。いくつかの実施形態において、光学スプリッタ５０８および／または結合素子５０６は、処理デバイス１０８またはカテーテル１００の近位部分１０２に位置し得る。ビームが絶縁された後、第１のマルチプレクサ５１０は、曝露放射線の１つまたは複数のビームをカテーテル１００の遠位部分１０４の複数の光学ポート３２６へ向け得る。いくつかの実施形態において、第１のマルチプレクサ５１０は、曝露放射線の１つまたは複数のビームが１つまたは複数の光学ポート３２６に向けられ得る、パッシブマルチプレクサ（例えば、配信ツリー）またはアクティブマルチプレクサ（例えば、スイッチ）を含み得る。第２のマルチプレクサ５１２は、レーザエネルギーをカテーテル１００の遠位部分１０４の複数の光学ポート３２６のうちの少なくとも１つの光学ポートに向け得る。第１および第２のマルチプレクサ５１０および５１２からの曝露放射線の１つまたは複数のビームおよびレーザエネルギーは、光ファイバ結合素子であり得る結合素子５１３によって結合され得る。曝露放射線の１つまたは複数のビームおよびレーザ焼灼エネルギーは次いで、複数の光学ポート３２６から試料５１４へ伝送され得る。いくつかの実施形態において、第１および第２のマルチプレクサ５１０および５１２は、カテーテル１００の遠位部分１０２または近位部分１０４に位置し得る。追加の実施形態においては、単一のマルチプレクサが、レーザ焼灼エネルギーおよび曝露放射線の１つまたは複数のビームの両方を複数の光学ポート３２６のうちの少なくとも１つの光学ポートへ多重化するために利用され得る。図５Ａは、１つの入力および１つの出力のみを有する第１および第２のマルチプレクサ５１０および５１２を例証するが、第１および第２のマルチプレクサ５１０および５１２は、システム５００内に任意の数の入力および任意の数の出力を含み得る。
【００６０】
図５Ｂは、第１の光源５２２、第２の光源５２４、第１の絶縁素子５２６、第２の絶縁素子５２８、結合素子５３０、およびマルチプレクサ５３２の別の例示的なシステム５２０を例証する。いくつかの実施形態において、システム５２０の部品の各々は、カテーテル１００などのカテーテル内に収容される。例えば、第１の光源５２２および第２の光源５２４は、カテーテル１００の近位部分１０２または処理デバイス１０８内に位置し得る。いくつかの実施形態において、図５Ｂの第１および第２の光源５２２および５２４は、図５Ａの第１および第２の光源５０２および５０４と同じであり得る。システム５２０において、第１および第２の光源５２２および５２４からの１つまたは複数の曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギービームは、２つの別個のフィルタ（例えば、試料５２４の光学的評価のための１つまたは複数の曝露放射線ビーム用に１つのファイバ、および試料５２４の一部の焼灼のための１つまたは複数のレーザ焼灼エネルギービーム用に別のファイバ）内など、カテーテル１００のシース１０６を下って別々に伝播され得る。第１および第２の絶縁素子５２６および５２８は、望ましくない後方反射による潜在的な光源損傷を回避するためにカテーテル内に挿入され得る光サーキュレータまたはアイソレータを含み得る。１つまたは複数の曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギービームは、結合素子５３０によって光学的に結合され得る。いくつかの実施形態において、１つまたは複数の曝露放射線ビームおよびレーザ焼灼エネルギービームの結合は、カテーテル１００の遠位部分１０４において発生する。マルチプレクサ５３２は次いで、曝露放射線の１つまたは複数のビームおよびレーザエネルギーをカテーテル１００の遠位部分１０４の複数の光学ポート３２６のうちの少なくとも１つの光学ポートに向け得る。いくつかの実施形態において、２つのマルチプレクサが、レーザエネルギーおよび曝露放射線の１つまたは複数のビームを別個に複数の光学ポート３２６のうちの１つまたは複数の光学ポートへ多重化するために利用され得る。追加の実施形態において、マルチプレクサ５３２は、カテーテル１００の遠位部分１０２または近位部分１０４に位置し得る。図５Ｂは、１つの入力および１つの出力のみを有するマルチプレクサ５３２を例証するが、マルチプレクサ５３２は、システム５２０内に任意の数の入力および任意の数の出力を含み得る。
【００６１】
本明細書に説明されるような併合された光学的評価およびレーザ焼灼カテーテルは、温度測定を実施するようにさらに構成され得る。例えば、検出器（例えば、処理デバイス１０８内、またはカテーテル１００の近位部分１０２もしくは遠位部分１０４内に位置する）は、レーザ焼灼前、レーザ焼灼中、またはレーザ焼灼後に組織によって放出される黒体スペクトルを測定することによって、標的組織の１つまたは複数の温度を決定し得る。図６は、本開示の実施形態に従う、焼灼カテーテルによって測定され得る異なる波長および温度での黒体スペクトルを示す例示的なグラフを例証する。ヒト組織温度の範囲（例えば、焼灼中３７℃〜８０℃）で温度を測定するため、カテーテルの検出器は、図６に示されるように、約２μｍから開始する波長に対して感受性があり得る。
【００６２】
いくつかの実施形態において、併合された光学的評価およびレーザ焼灼カテーテルは、低損失および広帯域幅のために導波路の材料として窒化シリコンを使用して組み入れられ得る。窒化シリコンは、０．７ｄＢ／ｍという低さの光導波路損失を可能にし得、材料は、およそ４００ｎｍ（窒化シリコンバンドギャップ）から４０００ｎｍ（ＳｉＯ２吸収）まで透明であり得る。いくつかの実施形態において、窒化シリコン材料はまた、目的の波長（例えば、レーザ焼灼の場合は９８０ｎｍ、光学組織評価の場合は１３００ｎｍ、温度測定の場合は２０００ｎｍ）として二酸化シリコンよりも高い屈折率を有し得る。表１は、波長の関数として、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により成長されたＳｉ３Ｎ４材およびＳｉＯ２材の両方の測定された屈折率値の値を提供する。
【００６３】
【表１】
2021532844.tif 000003
【００６４】
図７は、本開示の実施形態に従う、窒化シリコン導波路の積層の例示的な図を例証する。図７の導波路は、例えば、ＳｉＯ２ボックス内に対称に埋め込まれた幅１μｍおよび高さ１μｍの窒化シリコン導波路を例証する。埋め込まれた導波路は、可撓性部分（例えば、可撓性部分３２４）によって接合される剛性部分（例えば、剛性部分３２２）を有するフォトニック集積回路を作製するために、Ｓｉウェハ上で成長され得る。導波路の可撓性部分においては、数ある変更の可能性の中でも、Ｓｉ基板が材料のスタックから除去され得る。
【００６５】
いくつかの実施形態において、組織評価機能は、併合された光学的評価およびレーザ焼灼カテーテルのための基板の集束光学素子の設計中、優先され得る。例えば、約１３００ｎｍの設計波長、および組織内の１．５ｍｍの焦点深度（ＤＯＦ）に到達することが、損傷貫壁性を正確に評価するために所望され得る。一実施形態によると、組織内の所望のＤＯＦを得るために、約３０．５４μｍのウェストビーム直径が、焦点において使用され得、焦点は、キャップ外壁から半分のＤＯＦに等しい距離、例えば、０．７５ｍｍのところに置かれる。
【００６６】
図８は、本開示の実施形態に従う、放射線のビームを向けるように設計されるデバイス８００の例示的な図を例証する。デバイス８００は、基板８０２、コア層８０６ならびにクラッド層８０８ａおよび８０８ｂを有する導波路８０４を含む。一実施形態において、基板８０２は、シリコンであり得、コア層８０６は、窒化シリコンであり得、クラッド層８０８ａおよび８０８ｂは、二酸化シリコンであり得る。
【００６７】
一実施形態において、反射体８１０は、導波路８０４の端におけるファセットから形成される。この方式では、放射線のビーム８１２は、それが導波路８０４から出射する前に基板８０２へ向かって下方に反射される。一実施形態によると、反射防止（ＡＲ）コーティング８１６が、導波路８０４と基板８０２との間の界面に含まれ得る。ＡＲコーティング８１６は、それが反射体８１０の下にのみ存在するようにパターン化され得る。別の例では、ＡＲコーティング８１６は、基板８０２の表面上のより大きい面積を被覆する。ＡＲコーティング８１６は、基板８０２の表面全体にわたって存在し得る。図８は、光学素子８１４（例えば、レンズ、鏡、または同様のもの）、キャップ８２１、焦点深度（ＤＯＦ）８２２、ならびに反射防止（ＡＲ）コーティング８２３および８２４をさらに例証する。１つの例では、クラッド層８０８ｂの屈折率（ｎ０）、窒化シリコンまたはより好適な材料を含み得るＡＲコーティング層８１６の屈折率（ｎ１）、および基板８０２の屈折率（ｎ２）は、１３００ｎｍの波長でそれぞれ１．４５７６、１．８７２９（窒化シリコンが考慮される場合）、および３．５２２６である。いくつかの実施形態において、光学素子８１４の曲率半径および基板８０２の厚さは、焦点面において約３０．５４μｍの所望のウェストビーム直径を結果としてもたらすように設計され得る。焦点面は、焦点深度８２２の半分のところにあり得、ビームサイズが最小である平面に対応し得る。
【００６８】
図９Ａおよび図９Ｂは、本開示の実施形態に従う、波長および層厚の関数としての反射率を示す例示的なグラフを例証する。図９Ａに示されるように、ＡＲコーティング８１６を有する基板８０２の反射率は、１３００ｎｍで最適化される。ゼロ反射率を結果としてもたらす理想の材料は、厚さが約１４４ｎｍおよび屈折率ｎ１＝２．２６５９の層からなる。理想の材料候補とは別に、ＡＲ層８１６として窒化シリコンを有するという性能も検討され得る。このシナリオでは、最小反射率は、１７４ｎｍの窒化シリコン層厚を組み入れるとき、約３．５％に到達する。いかなるＡＲ層（例えば、ＡＲコーティング８１６）も有さなければ、１３００ｎｍで９．３４％の反射率を結果としてもたらす。導波路８０４と基板８０２との界面にＡＲコーティング８１６を組み入れることにより、基板からの反射率は、システムの改善された性能のために低減され得る。
【００６９】
いくつかの実施形態において、レンズ界面に由来する望ましくない後方反射を回避するため、図８に示されるように、ＡＲ層８２０がレンズに提供される。いくつかの実施形態において、ＡＲ層８２０は、潅注されたカテーテル内に生理食塩水（または焼灼手技に使用される任意の他の流体）を有することを考慮するように設計され得る。例えば、生理食塩水または他の流体によって引き起こされる屈折率変化は、低減された反射を確実にするためにＡＲ層８２０の屈折率および厚さにおける変化を余儀なくし得、ＡＲ層８２０は、これらの変化を考慮するように適切に設計され得る。いくつかの実施形態において、非潅注手法では、ＡＲ層８２０は、レンズ周囲に空気を有することを考慮するように設計され得る。例えば、非潅注カテーテルにおいて空気によって引き起こされる屈折率変化は、低減された反射を確実にするためにＡＲ層８２０の屈折率および厚さにおける変化を余儀なくし得る。いくつかの実施形態において、キャップ（例えば、キャップ４１０）の潅注穴がレンズと整列されない他の潅注ベースの手法も実現可能であり得る。
【００７０】
追加の実施形態において、ＡＲ層８２０は、窒化シリコンを含む。いくつかの実施形態において、ＡＲ層８２０の約１７４ｎｍの層厚は、空気中で使用される場合は取るに足りない反射率を結果としてもたらす一方、生理食塩水がレンズと接触しているときには約２％の反射率値に達する。同様に、ＡＲ層８２３および８２４は、キャップ８２１の内表面および外表面の両方における望ましくない反射率を回避するように同様に設計され得る。
【００７１】
図１０は、本開示の実施形態に従う、潅注手法による導波路の例示的な実施形態を例証する。図１０は、ＺＥＭＡＸ  ＬＬＣによる市販の設計ソフトウェアＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを使用した潅注手法に対応するレイトレーシングベースのシミュレーションを示す。この例では、図１０は、１μｍ×１μｍの断面を有するコア層１００６、５μｍ厚を有する二酸化シリコン層１００８ｂ、およびシリコン基板材料１００２、を有する窒化シリコン導波路を示す。いくつかの実施形態において、コア層１００６、二酸化シリコン層１００８ｂ、および基板１００２は、図８のコア層８０６、クラッド層８０８ｂ、および基板８０２の例示的な実施形態を表す。
【００７２】
いくつかの実施形態において、図１０の導波路は、レンズ（例えば、光学素子８１４）を含み得、光学素子の曲率半径および基板１００２の厚さは、焦点面において約３０．５４μｍの所望のウェストビーム直径を結果としてもたらすように設計され得る。いくつかの場合において、焦点面は、キャップ（例えば、キャップ８２１）の外壁からＤＯＦ／２の距離にあり得る。例えば、レンズとキャップの外壁との間の距離は、０．５ｍｍであり得、これは、キャップ厚を含み、レンズと焦点面との間の総距離は、１．２５ｍｍに固定され、またこれに等しくてもよい。一実施形態において、レンズ（例えば、光学素子８１４）の最適半径および基板（例えば、基板１００２）の厚さは、それぞれ１１６μｍおよび１８１μｍであり得る。例えば、これらの設計パラメータは、２８．８２μｍの焦点面でウェストビーム直径を結果としてもたらし得る。
【００７３】
図１１は、本開示の実施形態に従う、対応する焦点深度（ＤＯＦ）値における各波長の小点面位置を示す例示的なグラフである。いくつかの実施形態において、組織評価および温度モニタリングのためのＤＯＦ値は、レーザ焼灼に対応するＤＯＦ値を超え、結果としてレーザ焼灼手技の正確な評価をもたらす。特に、組織評価および温度モニタリングは、手技を制御した状態に保ち、手技中の患者の安全性を維持するために、レーザ焼灼のためのＤＯＦと比較してより深い深さで発生し得る。
【００７４】
カテーテルの高出力条件実施形態
いくつかの実施形態において、カテーテルの併合された光学的評価およびレーザ焼灼システムのための高出力条件が存在し得る。例えば、組織を焼灼するために利用されるレーザ焼灼エネルギーの出力は数十ワットのオーダーである。光と物質の相互作用は、高光強度では非線形になり得る。１つの実施形態において、最大１２Ｗの出力で９８０ｎｍの波長で放出されるレーザ焼灼エネルギーが、標的組織に送達され得る。例えば、１μｍ２の断面積の埋め込み型窒化シリコン導波路の実施形態において、出力密度は、約１．２ＧＷ／ｃｍ２に達する。この実施形態においては、二光子吸収（ＴＰＡ）、非線形損失および屈折率、四波混合（ＦＷＭ）、自己位相変調（ＳΜＭ）、ならびに相互位相変調（ＸΜＭ）など、いくつかの非線形効果が、導波路を通って伝搬する比較的大きい光強度に起因して関係し得る。非線形損失の存在下で、合計損失係数は、以下の等式１において説明され得る。
α＝αＬ＋αＮＬ（｜Ｅ｜２）      （１）
式中、αＬ、αＮＬ、および｜Ｅ｜２は、それぞれ線形損失寄与、非線形損失寄与、および光強度を説明するものである。
【００７５】
ＴＰＡプロセス中、ある特定の材料のバンドギャップエネルギーは、２つの光子のエネルギー吸収によって埋められ得、こうして電子を原子価から伝導帯へ励起する。このプロセスは、以下の等式２に従って光強度に依存する非線形損失αＮＬ，ＴＰＡを誘発し得る。
ａＮＬ，ＴＰＡ＝α２（｜Ｅ｜２）      （２）
式中、α２は、ＴＰＡ係数である。窒化シリコンのエネルギーバンドギャップは、等式３において以下のように計算され得る。
【００７６】
【数１】
2021532844.tif 000004
式中、ｈ、ｃ、ｎ、およびλ０は、それぞれ、プランク定数（ｈ＝４．１３６・１０−１５ｅＶ・ｓ）、真空における光の速度、窒化シリコンの屈折率（ｎ０＝１．９３７８）、および約４００ｎｍである開始波長である。その一方、レーザ焼灼波長（例えば、９８０ｎｍ）でのエネルギーバンドギャップは、等式４によって計算される。
【００７７】
【数２】
2021532844.tif 000005
【００７８】
等式３および４は、ＴＰＡが、９８０ｎｍでの窒化シリコンにおいては起こるはずがないことを示し、これは、この波長での光子エネルギーがＥｇ（ＳｉＮ）／２未満であることが理由である。加えて、１．２ＧＷ／ｃｍ２の光強度は、非線形損失が典型的には少なくとも１桁上の出力密度によって誘発されることから、導波路内の線形体制を確実にする。
【００７９】
いくつかの実施形態において、高光強度はまた、非線形屈折率につながり得、この依存関係は、等式５に示されるように書かれ得る。
ｎ（ω，｜Ｅ｜２）＝ｎ０（ω）＋ｎ２｜Ｅ｜２      （５）
式中、Ｅは、電場振幅であり、ｎ２は、等式６により三次材料感受性χ（３）と関係する非線形カー係数である。
【００８０】
【数３】
2021532844.tif 000006
【００８１】
例では、非線形カー係数は、ｎ２＝２．４・１０−１５ｃｍ２／Ｗであるように窒化シリコン導波路内で実験的に測定された。この測定値は、９８０ｎｍで２．８８・１０−６のオーダーでの屈折率変化を示し、これは、窒化シリコンにおける熱光学効果効率と比較して２桁以上小さい。
【００８２】
χ（３）材料では、三次の偏光項は、四波の非線形相互作用に関与し得、ＦＷＭの現象につながる。一実施形態において、ＦＷＭは、等式５によって示されるような屈折率の放射線誘導変調から生じ得、式中、ｆ１＝０．１５・１０１５Ｈｚ、ｆ２＝０．２３１・１０１５Ｈｚ、およびｆ３＝０．３０６・１０１５Ｈｚで、Ｅ（ｔ）＝Ｅ１ｃｏｓ（２πｆ１ｔ）＋Ｅ２ｃｏｓ（２πｆ２ｔ）＋Ｅ３ｃｏｓ（２πｆ３ｔ）である。周波数ｆ１、ｆ２、およびｆ３は、それぞれ、温度モニタリングの周波数、組織評価の周波数、および焼灼システムの周波数に対応する。結果として、新規周波数での光の生成は、以下の表２に詳述される。
【００８３】
【表２】
2021532844.tif 000007
【００８４】
いくつかの実施形態において、表２における４００ｎｍを下回る新規周波数、および４０００ｎｍより大きい新規周波数は、それぞれ、窒化シリコンバンドギャップおよびＳｉＯ２吸収に起因して、伝搬されない場合がある。さらには、温度信号に関与する発生した周波数（ｆ１）は、その非常に低い光強度（例えば、図６に示される黒体スペクトルに従う）が理由で取るに足りないものであることが予測される。したがって、関連強度値を有する発生した新規周波数は、組織評価および温度モニタリング動作波長範囲に関して、２ｆ２−ｆ３、２ｆ３−ｆ２、および３ｆ２を中心とするものである。いくつかの実施形態において、これらの波長（１９３０ｎｍ、７８６ｎｍ、および４３３ｎｍ）は、レーザ焼灼波長（９８０ｎｍ）、光学的評価波長（１２５０〜１３５０ｎｍ）、または温度測定波長（＞２０００ｎｍ）を妨げることはできない。追加の実施形態においては、光学フィルタが、既定の波長（例えば、１９５０ｎｍ）よりも低い波長をフィルタアウトするために、検出器が標的組織（例えば、２０００ｎｍ波長）の温度を測定する前に適用され得る。１つまたは複数の光学フィルタを利用することにより、システムは、標的組織の誤った温度測定を回避し得る。
【００８５】
いくつかの実施形態において、カー効果の別の結果は、自己位相変調（ＳＰＭ）であり得る。等式５によって導出されるように、比較的大きい光強度が、光と物質の相互作用によって可能にされる媒体の様々な屈折率を結果としてもたらし得る。屈折率のこのような変動は、光学信号の位相シフトをもたらし、これが、周波数スペクトルの拡大につながる。いくつかの実施形態において、このような変化は、組織評価および温度モニタリングシステムの両方には関係がなく、これは、レーザ焼灼信号のスペクトル特性における変化が、それらにいかなる影響も及ぼさないことが理由である。しかしながら、ＳＰＭとは別に、相互位相変調（ＸＰＭ）も発生し得る。ＸＰＭはＳＰＭと同様であるが、光の強度によって誘発される位相シフトは、レーザ焼灼周波数の代わりに他の周波数に影響を及ぼす。ＸＰＭ効果の強度は、ポンプ信号（レーザ焼灼）とプローブ信号（組織評価）との間の波長離調により減少する。波長離調が３００ｎｍよりも大きい場合があることを考慮して、この効果は、組織評価波長にいかなる著しい影響ももたらさない可能性がある。
【００８６】
動作の例示的な方法
カテーテル１００は、本明細書に説明される実施形態に従う、標的組織の併合された光学的評価、レーザ焼灼、および温度モニタリングを実施するために使用され得る。カテーテル１００の遠位部分１０４内の複数の光学ポートのうちの１つまたは複数の光学ポートの周囲の組織容量の少なくとも一部が焼灼され得る。レーザ出力および焼灼時間を調整することにより、標的組織に送達される総レーザエネルギーは、正確に制御され得る。追加の実施形態において、カテーテルはまた、標的組織の周りの周囲血流に対する温度モニタリングおよび追加の冷却を提供し得る。
【００８７】
様々な焼灼方法およびこれまで説明された基板を有する焼灼カテーテルの他の実施形態は、例えば、図１に示されるカテーテル１００、図３Ａ〜図３Ｇと図４Ａ〜図４Ｂとに示される遠位部分１０４、および５Ａ〜図５Ｂに示される併合された光学的評価およびレーザ焼灼システム、ならびに図６〜図１に示される実施形態を使用して実施され得る。
【００８８】
図１２は、本開示の実施形態に従う、併合された光学組織評価およびレーザ焼灼を実施するための例示的な方法１２００を例証する。方法１２００は、本明細書に説明されるような焼灼カテーテル１００によって実施され得る。
【００８９】
ブロック１２０２において、焼灼カテーテルが用意される。例えば、近位端、複数の光学ポートを有する遠位端、および近位端と遠位端との間に結合されるシースを有する焼灼カテーテルが用意される。例えば、焼灼カテーテルは、複数の光学ポートを一定の空間関係に維持するように構成されるホルダと、曝露放射線、温度モニタリングシステム、およびレーザエネルギーの波長で実質的に透明であるキャップとを含み得、このキャップは、ホルダに固定され、またホルダおよび複数の光学ポートを被覆するように構成される。
【００９０】
ブロック１２０４において、曝露放射線の１つまたは複数のビームは、複数の光学ポートを介して試料へ伝送され得る。例えば、曝露放射線の１つまたは複数のビームは、曝露放射線のソースビームを生成するように構成される第１の光源から提供され得る。ソースビームからの曝露放射線の１つまたは複数のビームは、カテーテルの近位端または遠位端に位置するマルチプレクサによって複数の光学ポートへ向けられ得る。
【００９１】
ブロック１２０６において、試料からの散乱または反射放射線の１つまたは複数のビームは、複数の光学ポートを介して試料から受信され得る。例えば、散乱または反射放射線の１つまたは複数のビームは、カテーテルのシース内の光伝送媒体によって誘導され得る。
【００９２】
ブロック１２０８において、試料の少なくとも一部は、光学ポートの少なくとも一部から出力されるレーザエネルギーにより焼灼され得る。例えば、レーザエネルギーは、レーザエネルギーを生成するように構成される第２の光源から提供され得る。第２の光源からのレーザエネルギーは、カテーテルの近位端または遠位端に位置するマルチプレクサによって少なくとも１つの光学ポートに向けられ得る。
【００９３】
発明の概要および要約の部分ではなく、発明を実施するための形態の部分が、特許請求の範囲を解釈するために使用されることが意図されるということを理解されたい。発明の概要および要約の部分は、発明者によって企図されるような本発明のすべてではなく１つまたは複数の例示的な実施形態を明記し得、したがって、本発明および添付の特許請求の範囲をいかようにも制限することは意図されない。
【００９４】
本発明の実施形態は、特定の機能およびそれらの関係性の実装形態を例証する機能構築ブロックの助けを借りて上に説明されている。これらの機能構築ブロックの境界は、説明の簡便性のために本明細書では恣意的に規定されている。特定の機能およびそれらの関係性が適切に実施される限り、代替の境界が規定され得る。
【００９５】
特定の実施形態の前述の説明は、他者が、当該技術分野における知識を適用することによって、本発明の一般概念から逸脱することなく、そのような特定の実施形態の様々な応用を、不要な実験をすることなく、容易に修正することおよび／または適合させることができる本発明の一般的性質を完全に明らかにするものである。したがって、そのような適合および修正は、本明細書に提示される教示および手引きに基づいて、開示された実施形態の等価物の意味および範囲内にあることが意図される。本明細書における表現または用語は、制限の目的ではなく、説明の目的のためであり、そのため、本明細書の用語または表現は、教示および手引きの観点から当業者により解釈されるべきであるということを理解されたい。
【００９６】
本発明の幅広さおよび範囲は、上に説明された例示的な実施形態のいずれかによって制限されるべきではなく、以下の請求項およびそれらの等価物によってのみ規定されるべきである。
【符号の説明】
【００９７】
１００  カテーテル
１０２  近位部分
１０４  遠位部分
１０４ａ  遠位部分
１０４ｂ  遠位部分
１０６  シース
１０６ａ  シース
１０６ｂ  シース
１０８  処理デバイス
１１０  通信インターフェース
２０２  潅注チャネル
２０６  偏向機構
２０８  電気的接続
２１０  光伝送媒体
３０２  ビューポート
３０４  導波路
３０８  試料
３１０  潅注チャネル
３１２  多重化ユニット
３１４  関連電子装置
３１６  光伝送線
３１７  力センサ
３１８  電気ワイヤ
３１９  温度センサ
３２０  基板
３２２  剛性ビーム入力／出力部分
３２４  可撓性部分
３２６  光学ポート
３３４  導波路
３３６  コア層
３３８ａ  クラッド層
３３８ｂ  クラッド層
３４０  反射体
３４２  放射線のビーム
３４４  光学素子
３５０  ホルダ
３５２  凹部
４０２  開口部
４０４  光学素子
４１０  キャップ
４１２  整列および係止機構／戻り止め
４１４  整列および係止機構／インテント
５００  システム
５０２  第１の光源
５０４  第２の光源
５０６  結合素子
５０８  光学スプリッタ
５１０  第１のマルチプレクサ
５１２  第２のマルチプレクサ
５１４  試料
５２０  システム
５２２  第１の光源
５２４  第２の光源
５２６  第１の絶縁素子
５２８  第２の絶縁素子
５３０  結合素子
５３２  マルチプレクサ
８００  デバイス
８０２  基板
８０４  導波路
８０６  コア層
８０８ａ  クラッド層
８０８ｂ  クラッド層
８１０  反射体
８１２  放射線のビーム
８１４  光学素子
８１６  反射防止（ＡＲ）コーティング
８２０  ＡＲ層
８２１  キャップ
８２２  焦点深度（ＤＯＦ）
８２３  反射防止（ＡＲ）コーティング
８２４  反射防止（ＡＲ）コーティング
１００２  基板
１００６  コア層
１００８ｂ  二酸化シリコン層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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