(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端を開口端とした円筒状部材であって、当該円筒状部材の内部空間の幅より小さい幅を有しかつ当該円筒形状の中心軸に沿って前記円筒状部材にスリットが形成された円筒状部材と、
１つの巻き線方向を有する巻き線を１つ以上含む巻き線部と当該１つ以上の巻き線部の両端に形成された２つのリード部を含む電気コイルであって、当該巻き線部は前記円筒状部材の表面に具備され、当該リード部は前記スリットを貫通して前記内部空間に至るように形成された２つ以上のコイルエレメントを含むコイルエレメント群と、
前記２つ以上のコイルエレメントのそれぞれに含まれた前記２つのリード部にそれぞれ電気的に繋がる一組の導電手段であって、前記内部空間に内在しかつ前記開口端を通じて前記円筒状部材の外部に引き出された２つ以上の一組の導電手段と、
を具備したことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項２】
前記スリットは、前記内部空間の中心軸に対して斜行していることを特徴とする請求項１に記載のセンサエレメント。
【請求項３】
前記２つのリード部にそれぞれ電気的に繋がる一組の導電手段は、前記２つのリード部が延長されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサエレメント。
【請求項４】
前記一組の導電手段は、それぞれ前記リード部に電気的につながる導線と当該導線の表面を包む絶縁層からなるケーブルであることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサエレメント。
【請求項５】
前記一組の導電手段はツイストペア線であって、当該ツイストペア線のそれぞれの導線が前記リード部にそれぞれ電気的につながるツイストペア線であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサエレメント。
【請求項６】
前記一組の導電手段は、可撓性を有する絶縁基板と当該絶縁基板上に形成された複数の導電線パタンと当該導電線のそれぞれに対応した電気的コンタクト部を有するフレキシブル基板であって、
前記リード部が前記電気的コンタクト部にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサエレメント。
【請求項７】
前記コイルエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、
第１のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する巻き線を含む巻き線部であって、
第２のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する第１の巻き線と他の巻き線方向を有する第２の巻き線より成り、当該第１と第２の巻き線とが電気接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のセンサエレメント。
【請求項８】
前記コイルエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、
前記第２のコイルエレメントは、１つの巻き線方向を有する第１の巻き線部及び他の巻き線方向を有する第２と第３の巻き線部を含み、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部よりも巻き数が少なく、前記第１の巻き線部は前記第２の巻き線部と前記第３の巻き線部との間に位置し、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部と前記第１のコイルエレメントとの間に位置し、前記第１の巻き線部の一端と前記第２の巻き線部の一端とは第１の電気接続部を介して接続され、前記第１の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の一端とは第２の電気接続部を介して接続され、さらに前記第２の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の他端とに前記２つのリード部が形成されていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載のセンサエレメント。
【請求項９】
前記第１のコイルエレメントは、１つの巻き線方向を有する第１の巻き線と他の巻き線方向を有する第２の巻き線より成り、当該第１と第２の巻き線とが電気接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項７または８に記載のセンサエレメント。
【請求項１０】
前記電気接続部に電気的に接続されている導電手段であって、前記内部空間を経由して前記円筒状部材の外部に引き出されている引き出し導電手段を有することを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のセンサエレメント。
【請求項１１】
請求項７ないし９のいずれか１項に記載のセンサエレメントには、さらに、
前記第１のコイルエレメントには当該第１のコイルエレメントである当該電気コイルを前記一組の導電手段を介して励振する励振信号を発生する励振回路と、
前記第２のコイルエレメントには当該第２のコイルエレメントである当該電気コイルに誘起される誘起信号を前記一組の導電手段を介して受信する受信回路とが具備されてなることを特徴とするセンサシステム。
【請求項１２】
前記第１のコイルエレメントと前記励振回路の間に介在する前記一組の導電手段の一方の導電手段はさらに信号低減手段を介して前記励振回路に接続され、
前記第２のコイルエレメントと前記受信回路の間に介在する前記一組の導電手段の一方の導電手段は前記信号低減手段を介して前記受信回路に接続され、
前記誘起信号を前記励振信号により低減することを特徴とする請求項１１に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
請求項８のセンサエレメントと、励振回路、信号低減手段、信号選択器、受信回路が具備され、
前記励振回路は励振信号を発生し、前記第１のコイルエレメントである当該電気コイルに前記一組の導電手段を介して当該励振信号を印加し、
前記第２のコイルエレメントは、請求項１０に記載の引き出し導電手段を有し、
前記第２の巻き線部に形成されたリード部につながる導電手段と前記第１の電気接続部につながる引き出し導電手段の間に生じる第１の誘起信号は、第１の信号低減手段を介して前期信号選択器に入力され、
前記第３の巻き線部に形成されたリードにつながる導電手段と前記第２の電気接続部につながる引き出し導電手段の間に生じる第２の誘起信号は、第２の信号低減手段を介して前記信号選択器に入力され、
前記受信回路は前記信号選択器に接続され、当該受信回路には当該信号選択器を介して第１の誘導信号又は第２の誘起信号のいずれか一方が選択的に入力されることを特徴とするセンサシステム。
【請求項１４】
前記信号低減手段は、一次側コイルと１つ以上の二側次コイルからなる結合トランスであって、前記励振信号が直接又は第１のコイルエレメントを介して前記一次側コイルに直列的に入力され、１つ以上の二次側コイルは前記第２のコイルエレメントに含まれる少なくとも第１の巻き線部を介して前記受信回路に接続されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のセンサシステム。
【請求項１５】
前記受信回路により受信された信号に基づいて前記センサエレメントの周辺に存在する物体の物理的特徴を判定する判定ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項１６】
前記判定ユニットは、血管に形成されたプラーク、血管に生じた血栓、ならびに血管に装着されたステントのうちの少なくとも１つの有無を判定することを特徴とする請求項１５に記載のセンサシステム。
【請求項１７】
前記判定ユニットは、前記血管に装着されたステントの径を測定することを特徴とする請求項１５に記載のセンサシステム。
【請求項１８】
チューブ状のカテーテルシースと、
前記カテーテルシースの内部に取り付けられた前記請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のセンサエレメントと、
前記センサエレメントに含まれる導電手段に電気的に接続され、前記カテーテルシース内または前記カテーテルシースの内部空間に配線されたケーブルとを具備したことを特徴とするカテーテル。
【請求項１９】
前記カテーテルシースに取り付けられ、前記カテーテルシースを介した流体の注入により膨張するバルーン部をさらに備え、
前記センサエレメントは前記バルーン部の近傍の位置にて前記カテーテルシースの内部に取り付けられていることを特徴とする請求項１８に記載のカテーテル。
【請求項２０】
複数の導電線材をそれぞれ用いて、それぞれ少なくとも１つの巻き線部、ならびに前記少なくとも１つの巻き線部の両端に形成された２つリード部を含む電気コイルである複数のコイルエレメントを形成する工程と、
前記複数のコイルエレメントのそれぞれに関して、前記２つのリード部の一方に前記巻き線部の中心軸方向であって前記巻き線部の外側に配置した導電線を接続するとともに、前記２つのリード部の他方に前記巻き線部の内側を通して配置された別の導電線を接続する工程と、
少なくとも一端を開口端とした円筒状部材であって、当該円筒状部材の内部空間の幅より小さい幅を有しかつ当該円筒形状の中心軸に沿って前記円筒状部材にスリットが形成された円筒状部材に対して前記複数のコイルエレメントのそれぞれが前記円筒状部材の外周に巻かれる状態で挿入されるとともに、前記リード部は前記スリットを通して前記円筒状部材の内部空間へと引き込まれ、前記コイルエレメントに接続された前記導電線の一端が前記開口端を通して前記円筒状部材の内部空間の外に引き出される状態となるように、前記コイルエレメントの両端部を前記開口部から前記スリットに沿ってスライドさせながら装着する工程とを含んだことを特徴とするセンサエレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管に形成されたプラーク、血管に生じた血栓、あるいは血管に装着されたステントなどの検出に用いて好適なセンサエレメントおよびセンサシステムと、上記のセンサエレメントを供えたカテーテルと、上記のセンサエレメントの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
動脈硬化症、脳梗塞、あるいは虚血性心筋梗塞は、動脈、脳血管、あるいは冠動脈に生じた血管狭窄部による血液流量の減少がその原因である。血管狭窄部は、血管内部への血栓の付着や、血管壁におけるプラークの成長によって形成される。血栓やプラークの診断方法としては、血管造影検査（Angiography）がある。これは、血管内に細い管（カテーテル）を挿入し、このカテーテルを介して注入した造影剤のようすを観察する検査である。カテーテルは、通常、患者の足の付け根付近から血管に挿入される。カテーテルの先端が目的部位に到達するまでカテーテルを送り込んだ上で、このカテーテルを介して目的部位へと造影剤を注入する。造影剤はＸ線の遮蔽効果を持つため、Ｘ線撮影により得られる画像には目的部位の血管イメージがはっきりと表れる。この血管イメージより、血流チャネルの狭小部として血管の狭窄部を検出できる。
【０００３】
狭窄部が検出された場合、その治療としては、薬剤による血栓溶解や、ステントの装着が行われる。薬剤としては、スタチン（還元酵素阻害薬）が使用される。一方、ステントは、金属製の網目構造の筒である。ステントは、その径を変化させることができる。ステントは、その径を小さくした状態でバルーンカテーテルに装着され、バルーンカテーテルとともに狭窄部まで送り込まれる。そして狭窄部にてバルーンを膨張させることにより、ステントの径を拡大させる。これにより、血管が押し広げられるとともに、その状態を維持するようにステントにより支えられる。このようなステントの装着作業が終了した後には、血管造影検査を再度行って得られる血管イメージを術前に得られた血管イメージと比較することにより、ステントの装着が正しく行えたかどうかを確認する。すなわち、術前の狭窄部の血流チャンネルが他の血管部の血流チャンネルと同程度のチャンネル幅に回復していていることにより、ステントが正常に装着されたことを確認する。
【特許文献１】米国特許第2,582,315号明細書
【特許文献２】米国特許第2,582,314号明細書
【非特許文献１】Basic Theory of Induction Logging and Application to Study of Two-coil Sondes, J.H.Moran and K.S.Kunz、 Geophysics, Vol. XXVII, No.6 ....
【非特許文献２】The Effect of Coil Design on the Performance of the Induction Log、W. C. Duesterhoeft, Jr., et. al.、Journal of Petroleum Technology、PP. ll37-1150, November, 1961
【非特許文献３】南都伸介、外３名，「図解  心臓カテーテル法  診断法からインターベンションまで」，中外医学社，２００５年９月２５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
血管造影剤としては、非イオン性水溶性ヨード造影剤、水溶性ヨード造影剤、あるいは低浸透圧水溶性ヨード造影剤などがある。これらの造影剤は、患者の身体の負担となるおそれがある。この負担の原因は、(1)造影剤の物理的特性、(2)造影剤の化学毒性、(3)アナフィラキシー様反応、(4)心理的因子の４つに大別される。(1)および(2)は、造影剤の高浸透圧性、非親水性、ならびにイオン負荷が関係する用量依存性の反応である。(3)は、化学伝達物質の遊離や抗原抗体反応などの活性化作用といった非用量依存性のアレルギー反応である。(3)は特に、腎臓の機能に悪影響を及ぼす負担となる。医術中に生じる副作用の各症状は様々な要因が複合して生じている。例えば、くしゃみ、発疹(葦麻疹)、熱感、血管痛、嘔吐、冷汗、顔面蒼白、血圧低下、あるいは呼吸困難などが発現する。これらの副作用により、一度の施術で用いることのできる血管造影剤の量と使用時間は限られる。その結果、血管狭窄部の検出からステント装着の完了を確認に十分に行うことが困難な場合がある。これが、後にステントの入れ直しを必要とする原因となる。
【０００５】
一方、狭窄部の有無の検査時およびステント装着時には、必ずＸ線投影が行われる。従って、その間は医師も患者も被曝するおそれがある。
【０００６】
また、血管造影検査で得られる血管イメージは、心臓の鼓動による血管位置の絶え間ない変化、回折による映像のボヤケ、造影剤の血管中の輸送消失などにより、血管狭窄部の明確な位置の確認が困難である。またこれらと同じ原因により、装着されたステントの位置や直径を正しく判断することは困難であった。このような事情から、適切なステントの装着は非常に困難な作業であり、後のステントの入れ直しとなるケースも少なくない。しかしながら、一旦装着したステントは除去することが困難であるため、ステントによる治療の回数には限界がある。
【０００７】
また、血管造影検査では、不完全プラークの検出が困難である。不完全プラークとは、血管内膜において血管外部方向に成長するプラークである。従って不完全プラークは血管に狭窄部を形成せず、血管造影検査で得られる血管イメージからでは検出することが困難である。しかしながら不完全プラークは、やがては結晶化して血管中膜および外膜を破り、大出血を起こすおそれがある。このような大出血後の治療法は全くない。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、血管造影検査によらずに血栓、プラーク、あるいはステントを検出可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によるセンサエレメントは、少なくとも一端を開口端とした円筒状部材であって、この円筒状部材の内部空間の幅より小さい幅を有しかつこの円筒形状の中心軸に沿って前記円筒状部材にスリットが形成された円筒状部材と、１つの巻き線方向を有する巻き線を１つ以上含む巻き線部と当該１つ以上の巻き線部の両端に形成された２つのリード部を含む電気コイルであって、この巻き線部は前記円筒状部材の表面に具備され、このリード部は前記スリットを貫通して前記内部空間に至るように形成された２つ以上のコイルエレメントを含むコイルエレメント群と、前記２つ以上のコイルエレメントのそれぞれに含まれた前記２つのリード部にそれぞれ電気的に繋がる一組の導電手段であって、前記内部空間に内在しかつ前記開口端を通じて前記円筒状部材の外部に引き出された２つ以上の一組の導電手段とを備える。
【００１０】
本発明の第２の態様によるセンサエレメントはセンサエレメント群を有し、そのセンサエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、前記第２のコイルエレメントは、１つの巻き線方向を有する第１の巻き線部及び他の巻き線方向を有する第２と第３の巻き線部を含み、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部よりも巻き数が少なく、前記第１の巻き線部は前記第２の巻き線部と前記第３の巻き線部との間に位置し、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部と前記第１のコイルエレメントとの間に位置し、前記第１の巻き線部の一端と前記第２の巻き線部の一端とは第１の電気接続部を介して接続され、前記第１の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の一端とは第２の電気接続部を介して接続され、さらに前記第２の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の他端とに前記２つのリード部が形成されている。
【００１１】
本発明の第３の態様によるセンサシステムは、コイルエレメント群を有し、そのコイルエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、第１のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する巻き線を含む巻き線部であって、第２のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する第１の巻き線と他の巻き線方向を有する第２の巻き線より成り、当該第１と第２の巻き線とが電気接続部を介して電気的に接続されている第１種のセンサエレメント、又は、コイルエレメント群を有し、そのコイルエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、前記第２のコイルエレメントは、１つの巻き線方向を有する第１の巻き線部及び他の巻き線方向を有する第２と第３の巻き線部を含み、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部よりも巻き数が少なく、前記第１の巻き線部は前記第２の巻き線部と前記第３の巻き線部との間に位置し、前記第２の巻き線部は前記第１の巻き線部と前記第１のコイルエレメントとの間に位置し、前記第１の巻き線部の一端と前記第２の巻き線部の一端とは第１の電気接続部を介して接続され、前記第１の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の一端とは第２の電気接続部を介して接続され、さらに前記第２の巻き線部の他端と前記第３の巻き線部の他端とに前記２つのリード部が形成されている第２種のセンサエレメント、又はコイルエレメント群を有し、そのコイルエレメント群は第１のコイルエレメントと第２のコイルエレメントから成り、この第１のコイルエレメントは、１つの巻き線方向を有する第１の巻き線と他の巻き線方向を有する第２の巻き線より成り、当該第１と第２の巻き線とが電気接続部を介して電気的に接続されている第３種のセンサエレメントであって、これら第１種ないし第３種のセンサエレメントセンサエレメントには、さらに、前記第１のコイルエレメントには当該第１のコイルエレメントである当該電気コイルを前記一組の導電手段を介して励振する励振信号を発生する励振回路と、前記第２のコイルエレメントには当該第２のコイルエレメントである当該電気コイルに誘起される誘起信号を前記一組の導電手段を介して受信する受信回路とを備える。
【００１２】
本発明の第４の態様によるカテーテルは、チューブ状のカテーテルシースと、前記カテーテルシースの内部に取り付けられた前記のセンサエレメントと、前記センサエレメントに含まれる導電手段に電気的に接続され、前記カテーテルシース内または前記カテーテルシースの内部空間に配線されたケーブルとを備える。
【００１３】
本発明の第５の態様によるセンサエレメントの製造方法は、複数の導電線材をそれぞれ用いて、それぞれ少なくとも１つの巻き線部、ならびに前記少なくとも１つの巻き線部の両端に形成された２つリード部を含む電気コイルである複数のコイルエレメントを形成する工程と、前記複数のコイルエレメントのそれぞれに関して、前記２つのリード部に一方に前記巻き線部の中心軸方向であって前記巻き線部の外側に配置した導電線に接続するとともに、前記２つのリード部の他方に前記巻き線部の内側を通して配置された別の導電線に接続する工程と、少なくとも一端を開口端とした円筒状部材であって、この円筒状部材の内部空間の幅より小さい幅を有しかつこの円筒形状の中心軸に沿って前記円筒状部材にスリットが形成された円筒状部材に対して前記複数のコイルエレメントのそれぞれが前記円筒状部材の外周に巻かれる状態で挿入されるとともに、前記リード部は前記スリットを通して前記円筒状部材の内部空間へと引き込まれ、前記コイルエレメントに接続された前記導電線の一端が前記開口端を通して前記円筒状部材の内部空間の外に引き出される状態となるように、前記コイルエレメントの両端部を前記開口部から前記スリットに沿ってスライドさせながら装着する工程を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、血管造影検査によらずに血栓、プラーク、あるいはステントを検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
本発明の実施形態の説明を開始するのに先立ち、本実施形態において利用する技術について説明する。
【００１７】
その技術とは、特許文献１，２および非特許文献１，２に開示された技術である。この技術は、石油探索のためのインダクションログセンサ（induction log sensor。以下、ＩＬＳと称する）に関する技術である。
【００１８】
図１はＩＬＳの原理を示す図である。
【００１９】
ＩＬＳは、励振コイルエレメントＴを交流信号で励振した際に励振コイルエレメントＴの周囲に発生する電磁誘導現象（透導電流Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3で表されている）を受信コイルエレメントＲで捕らえることにより、励振コイルエレメントＴの周囲の電気的特性を測定する。そしてこの測定される電気的特性を解析することにより、励振コイルエレメントＴの周囲に存在する物質を特定したり、物質までの離間距離を測定することができる。
【００２０】
図２はＩＬＳの外観の一例を示す斜視図である。
【００２１】
このＩＬＳは、マンドレルＭ、励振コイルエレメントＴ、受信コイルエレメントＲおよびケーブルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を含む。
【００２２】
マンドレルＭは、このＩＬＳの中心構造体であり、被磁性材料を円柱状に形成したものである。励振コイルエレメントＴおよび受信コイルエレメントＲは、いずれもマンドレルＭの外周に巻かれている。ケーブルＣ１，Ｃ２は、励振コイルエレメントＴと図示しない励振回路とに接続する。ケーブルＣ３，Ｃ４は、受信コイルエレメントＲと図示しない受信回路とを接続する。マンドレルＭには、溝Ｍａが形成されていて、ケーブルＣ１〜Ｃ４はこの溝Ｍａに収容される。さらにこのＩＬＳは、図２に示した構造体の全体が、図示しない絶縁パイプにより覆われて外界から保護される。
【００２３】
さて、血流、血栓、プラーク、ならびにステントは、その電気伝導度がいずれも異なる。このため、その有無の検出や大きさの測定には、上記のＩＬＳの原理を採用できる。
【００２４】
しかしながらＩＬＳは、以下に示すような理由から、血栓、プラーク、ならびにステントの検出のためにそのまま利用することはできない。
【００２５】
（構造上の困難）
上述のＩＬＳは石油探索を目的とするものであるから、大型のドリルを用いて地中に穿たれた裸孔（open hole）へと挿入されて使用される。このためＩＬＳは、その外径が3-3/8インチや1-1/2インチもある。また、上記の裸孔はＩＬＳに対してほぼ直線的に形成されるため、ＩＬＳには変形できることは要求されない。しかし、血栓、プラーク、ならびにステントを対象とするセンサエレメントは、血管に挿入できる必要がある。このためセンサエレメントは、ＩＬＳに比べて大幅な小型化が必要となる。例えば冠動脈に挿入可能とするためには、センサエレメントの外径は概ね1.5mm以下とする必要がある。また、血管は、直線状の部分もあれば、さまざまな曲率の曲線状の部分もあるために、センサエレメントは血管の形状変化に対応して変形できることが望まれる。
【００２６】
ＩＬＳをそのままの構造で小型化して得られるセンサエレメントでは、溝Ｍａはケーブルを収容するのに十分な断面積を確保できなくなる。また図２に示したマンドレルＭは、溝構造も有してもまだ断面の面積比率が高いため、容易に変形することができない。
【００２７】
ケーブルの収容性および柔軟性の向上を狙って、溝Ｍａの断面積を大きくすると、溝Ｍａの側壁と底面とが形成する角部とマンドレルＭの外周面との間の厚みが最小となってしまうことから、この部分の耐久性が非常に悪くなってしまう。
【００２８】
（測定の困難）
ＩＬＳは、裸孔中に充満されているoil-base mudの周りに充満されているものが塩水であるのか石油であるのかを区別するものである。ＩＬＳを用いた実際の測定では、非導体のoil-base mudおよび良導体の塩水、あるいは非導体のoil-base mudおよび非導体の石油の違いを区別する。
【００２９】
ＩＬＳを小型化したセンサエレメントを血管内に入れて血栓またはプラークを検出するには、ある程度の導電性を有する血液を介して、導電率の低い血栓またはプラークを検知する必要がある。このため、ＩＬＳの場合に比べて、区別するべき２つの物質のそれぞれの電気伝導度の違いが少なく、血栓またはプラークに特有の電気的特性を解析するのが難しい。
【００３０】
以下に、上記のＩＬＳの原理を利用して血栓、プラークおよびステントを検出するのに適するセンサエレメントと、このセンサエレメントを用いて血栓、プラークおよびステントを検出するセンサシステムの実施形態について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態に係るセンサエレメント１００の外観を示す斜視図である。
【００３２】
センサエレメント１００は、センサ部１、エクステンションチューブ部２およびコンタクト部３を含んでいる。このうち、センサ部１およびエクステンションチューブ部２は、共通の絶縁パイプ４により外装されている。絶縁パイプ４としては、例えば熱収縮チューブを用いることが可能である。絶縁パイプ４には、生体適合性のある材質を使用する。すべりの良いポリマは、センサエレメント１００の血管挿入や血管内移動が楽となり好適である。例えばＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン層）やPebax（ペバックス：登録商標）が利用可能である。紫外線硬化樹脂層も利用可能である。紫外線硬化樹脂層は、薄く、丈夫である。なおPebaxは、ポリエーテルプロックアミド共重合体で、優れた機械的・物理的および化学的性質を持った、広い範囲の可捲性を有する熱可塑性エラストマーであり、被覆の材料として好適である。
【００３３】
図４は絶縁パイプ４を除いた状態のセンサエレメント１００の構造を示す斜視図である。
【００３４】
センサ部１は、円筒状部材１１、励振コイル１２、受信コイル１３、空間差動コイル１４およびスペーサ１５，１６を含む。ここで空間差動コイルとは、受信コイルと直接接続したならば、励振コイルに印加される励振信号に対して、受信コイルに誘起される誘起信号が、この空間差動コイルに誘起される誘起信号により減じられる電気的差動をするコイルである。受信コイル１３と空間差動コイル１４とにそれぞれ誘起される誘起信号は、それぞれのコイルの周りの空間感受特性が異なる。従って、空間差動コイル１４は、これら空間感受特性の差を利用した「空間差動」なる電気動作を有する。
【００３５】
円筒状部材１１は、柔軟性のある材料を円筒状に形成したものである。円筒部材１１に用いる材料は、柔軟性を持つのみならず、ある程度の力が加わっても円筒状を維持できることが望ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（４．６フッ化）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオロライド（２フッ化）、ポリクロロトリフルオロエチレン（３フッ化）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体などが適する。なお円筒状部材１１は、磁性および非磁性のいずれであってもかまわない。円筒状部材１１は、少なくとも一端が開口端となっている。また円筒状部材１１には、その長手方向に沿って開口端から延びる直線状のスリット１１ａが形成されている。スリット１１ａの幅は、円筒状部材１１の内径よりも小さい。つまりスリット１１ａの幅は、円筒状部材１１の内部空間の径よりも小さい。
【００３６】
励振コイル１２、受信コイル１３および空間差動コイル１４は、それぞれ円筒状部材１１の外周に巻かれる状態で配置されている。励振コイル１２、受信コイル１３および空間差動コイル１４は、互いに離間しており、空間差動コイル１４が励振コイル１２と受信コイル１３との間に位置している。
【００３７】
図５は円筒状部材１１の中心軸およびスリット１１ａの中心線を含んだ断面の励振コイル１２の近辺を示した図である。即ち、少なくとも一端を開口端とした円筒状部材１１には、この円筒状部材１１の内部空間の幅より小さい幅を有しかつこの円筒形状の中心軸に沿って前記円筒状部材１１にスリット１１ａが形成されている。１つの巻き線方向を有する巻き線を含む巻き線部１２ａとこの巻き線部１２ａの両端に形成された２つのリード部１２ｂとを含む電気コイルを形成し、この巻き線部１２aは前記円筒状部材１１の表面に備えられ、このリード部１２ｂは前記スリット１１を貫通して前記内部空間に至るように形成されコイルエレメント１２を含む。
【００３８】
図６は円筒状部材１１の中心軸に直交する励振コイル１２の近辺の相互の関係を示すセンサエレメントの断面を示した図である。
【００３９】
励振コイル１２のリード部１２aと１２ｂにはそれぞれ導電手段たる導線１７が溶着部で電気的につながっている（図５と７参照）。
【００４０】
励振コイル１２としては、本実施形態においては独立したコイルエレメントを使用する。励振コイル１２は、巻き線部１２ａと、巻き線部１２ａの両端を円筒状部材１１の内部空間に向かって引き込んで形成される２つのリード部１２ｂとを含んでいる。そしてリード部１２ｂは、スリット１１ａを通して円筒状部材１１の内部空間へと引き込まれる。そしてリード部１２ｂの両端は、円筒状部材１１の中心軸にほぼ沿った方向に向くように折り曲げられた上で、２本の導線１７にそれぞれ溶着されている。
【００４１】
センサエレメント１００の製造に当たってはまず、銅線を、内径が円筒状部材１１の外径より若干大きくなるように巻き回して巻き線部１２ａを形成するとともに、銅線の両端を上記のように曲げてリード部１２ｂを形成する。次にリード部１２ｂに導線１７を溶着する。そしてこののちに図７に示すように、励振コイル１２および導線１７を、円筒状部材１１の開口端側から励振コイル１２の両端をスリット１１ａを通ってスライドさせながら差し込むことによって円筒状部材１１に装着する。
【００４２】
なお、２本のリード部１２ｂは、そのまま延長されて導線１７となっても良い。
【００４３】
図８は受信コイル１３および空間差動コイル１４を含んだコイルエレメントの外観を示す斜視図である。
【００４４】
即ち、励振コイルと成る第１のコイルエレメント（図８には記載されていないが、円筒状部材１１に巻かれた状態で円筒状部材１１の左に離間して存在する）と受信コイル１３と空間差動コイル１４を含む第２のコイルエレメントをコイルエレメント群とし、第１のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する巻き線を含む巻き線部であって、第２のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する第１の巻き線と他の巻き線方向を有する第２の巻き線より成り、当該第１と第２の巻き線とが電気接続部を介して電気的に接続されている。
【００４５】
さらに具体的には、受信コイル１３および空間差動コイル１４としては、本実施形態においては図８に示すような１つのコイルエレメントを使用する。受信コイル１３の主体となる巻き線部１３ａおよび空間差動コイル１４の主体となる巻き線部１４ａは、単一の銅線を用いてそれぞれ巻き線部１２ａと同様に形成される。ただし巻き線部１３ａおよび巻き線部１４ａは、それぞれの中心軸が互いにほぼ一致するように、かつその中心軸方向に互いに離間する状態で形成される。巻き線部１３ａの一端および巻き線部１４ａの一端は、円筒状部材１１の中心軸に向かって引き込むように曲げられてリード部１３ｂ，１４ｂが形成されている。そして巻き線部１３ａの他端と巻き線部１４ａの他端とは、電気的接続部１３ｃによって電気的に接続されている。なお、巻き線部１３ａ，１４ａ、リード部１３ｂ，１４ｂおよび電気的接続部１３ｃは、単一の銅線を用いて一体的に形成されている。もちろん、別々の銅線を用いて、励振コイル１２として用いるコイルエレメントと同様に個別に形成されたコイルエレメントを受信コイル１３および空間差動コイル１４として使用しても良い。受信コイル１３と空間差動コイル１４とは、受信する誘起信号が電気的に差動動作するために巻き方向が互いに逆である。また空間差動コイル１４の巻数は、受信コイル１３の巻数よりも少ない。このため、空間差動コイル１４の長さは、受信コイル１３の長さよりも短い。
【００４６】
リード部１３ｂ,１４ｂは、励振コイル１２のリード部１２ｂと同様にして、スリット１１ａを通して円筒状部材１１の内部空間へと引き込まれて、導電手段たる２本の導線１８にそれぞれ溶着されるようにしても良い。
【００４７】
センサエレメント１００の製造に当たっては受信コイル１３および空間差動コイル１４についても、励振コイル１２の場合と同様な工程により円筒状部材１１に装着する。
【００４８】
センサエレメント１００は、血管を移動させることが可能である必要があるために非常に小型である。しかしながら上記のようなセンサエレメント１００の製造の工程は、単純な作業であるために、各要素が微小であったとしても容易に、かつ的確に行うことが可能である。
【００４９】
スペーサ１５，１６は、絶縁パイプ４により外装された状態のセンサ部１の表面が滑らかとなるように、励振コイル１２と空間差動コイル１４との間の隙間および受信コイル１３と空間差動コイル１４との間の隙間を埋める。なお、図４では円筒状部材１１と励振コイル１２、受信コイル１３および空間差動コイル１４との関係を明らかとするために、スペーサ１５，１６は破線により示している。そして円筒状部材１１、受信コイル１３および空間差動コイル１４については、本来はスペーサ１５，１６により隠される部位についても実線にて表している。
図４に示すように、エクステンションチューブ部２にはケーブルとしてのフレキシブル基板２１が内蔵される。フレキシブル基板２１は、その一端が円筒状部材１１の開口端より円筒状部材１１の内部空間へと挿入されている。円筒状部材１１の他端は、開口のまま、あるいは開口部にその円筒形状を保つために円筒状部材１１の内径と同じ外径の短い絶縁性のロッドまたは当該内径と同じ直径の絶縁性のボールを入れても良い。フレキシブル基板２１には、ストッパ部２１ａが形成されている。ストッパ部２１ａは、その幅が円筒状部材１１の内径よりも大きくなっている。これによりストッパ部２１ａは、フレキシブル基板２１が必要以上に円筒状部材１１の内部空間へと入り込むのを防止する。フレキシブル基板２１には、ストッパ部２１ａの近傍から、円筒状部材１１の内部空間へと挿入されているのとは反対の端部近傍まで延びる導電パタンが少なくとも４本形成されている。これら４本の導電パタンには、２本の導線１７および２本の導線１８が、ストッパ部２１ａの近傍にてそれぞれ半田付けされる。すなわち、４本の導電パタンは、そのうちの２本が励振コイル１２を励振させるための励振信号を伝送するために使用され、他の２本が受信コイル１３および空間差動コイル１４により受けた受信信号を伝送するために使用される。そしてフレキシブル基板２１におけるストッパ部２１ａが形成された付近の中央部はランド部となっている。
【００５０】
コンタクト部３は、フレキシブル基板２１の端部を利用している。すなわち、コンタクト部３は、フレキシブル基板２１の厚みおよび幅をコネクタに適合する形状となるように設定してある。またコンタクト部３には、コネクタ側の複数のコンタクトをそれぞれ接触させるための複数のコンタクトが形成されている。コンタクト部３のコンタクトには、フレキシブル基板２１に形成された少なくとも４本の導電パタンのそれぞれが接続されている。
【００５１】
なお、エクステンションチューブ部２における信号の伝送には、フレキシブル基板２１に代えてエクステンションチューブ部２に内蔵した別タイプのケーブルを使用してもよい。別タイプのケーブルとしては、例えば同軸ケーブルなどの周知のケーブルが使用可能である。複数の導体を内蔵するケーブルを使用する場合、それらの導体に導線１７，１８をそれぞれ接続すれば良い。あるいは、ケーブルに内蔵される複数の導体をリード部１２ｂ，１３ｂ，１４ｂに直接的に接続することによって、それらの導体を導線１７，１８として共用することもできる。同軸ケーブルなどのケーブルを使用する場合には、コンタクト部３の代わりとして、ケーブルの末端にプラグを取り付けても良い。なお、ケーブルを円筒状部材１１の内部に配置せず、リード部１２ｂ，１３ｂ，１４ｂを円筒状部材１１の内部空間の外部まで引き出しても良い。
【００５２】
図９は以上のように構成されたセンサエレメント１００を用いたセンサシステム２００の構成を示す図である。なお、図９において各コイルに付した矢印は、コイルの結合方向の極性を示す。すなわち、コイルの結合方向が逆向きならば誘起信号は差動関係となり、同一方向ならば誘起信号は逆差動すなわち和動関係となる。
【００５３】
図９のセンサシステム２００は次のように構成されている。センサ部１（図９では図示されていない）はセンサエレメント１００を含み、このセンサエレメント１００は励振コイル１２である第１のコイルエレメントと受信コイル１３と空間差動コイル１４からなる第２のコイルエレメントを含んでいる。第１のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する巻き線を含む巻き線部であって励振コイル１２を形成し、第２のコイルエレメントの巻き線部は１つの巻き線方向を有する第１の巻き線が受信コイル１３を形成し、他の巻き線方向を有する第２の巻き線が空間差動コイル１４を形成している。さらに、この受信コイル１３と空間差動コイル１４は直列的に接続されているが、より具体的には図８に示すように電気接続部１３ｃを介して受信コイル１３と空間差動コイル１４は電気的に接続されている。センサシステム２００は上記のセンサエレメント１００に加えて励振回路５１、信号減衰手段である外部差動トランス５２、受信回路５３を含んでおり、その構成は以下の通りである。前記第１のコイルエレメントであって電気コイルとして動作する励振コイル１２には前記センサエレメント１００を構成する前記一組の導電手段１７を介して励振する励振信号を発生する励振回路５１と、第２のコイルエレメントであって電気コイルとして動作する受信コイル１３と空間差動コイル１４に誘起される誘起信号を一組の導電手段１８を介して受信する受信回路５３を備え、励振コイル１２は差動トランス５２の一次側コイル５２aを介して励振回路５１に接続され、受信コイル１３空間差動コイル１４は直列に接続されて外部差動トランス５２の二次側コイル５２ｂを介して受信回路５３に接続されている。
【００５４】
センサエレメント１００は、励振回路５１、外部差動トランス５２および受信回路５３に接続されたコネクタにコンタクト部３を装着することにより、このセンサシステム２００に組み入れられる。
【００５５】
励振回路５１は、励振コイル１２に対して交流の励振信号を供給する。
【００５６】
外部差動トランス５２の一次側コイル５２ａは、一端が励振回路５１に接続され、他端が励振コイル１２の一端に接続されている。外部差動トランス５２の二次側コイル５２ｂは、一端が受信回路５３に接続され、他端が空間差動コイル１４の一端に接続されている。二次側コイル５２ｂの巻き方向は、受信コイル１３の巻き方向とは逆になっている。
【００５７】
受信回路５３には、受信コイル１３の一端と、二次側コイル５２ｂの一端とがそれぞれ接続されている。かくして受信回路５３には、受信コイル１３、空間差動コイル１４および二次側コイル５２ｂを直列接続して形成された回路が接続されている。受信回路５３は、この回路にて誘起される信号を受信する。
【００５８】
このような構成により、受信コイル１３における受信信号は、空間差動コイル１４さらに外部差動トランス５２の二次側コイル５２ｂと差動動作することとなる。すなわち、受信コイル１３の極性を正極性とすると、空間差動コイル１４は逆極性で外部差動トランス５２の二次側コイル５２ｂも逆極性である。外部差動トランス５２の一次側コイル５２aと励振コイル１２は同極性である。
【００５９】
本センサシステム２００には受振回路５３に加えて信号処理システム５４が備わっている。
【００６０】
すなわち、信号処理システム５４は受信回路５３により受信された信号に基づいてセンサエレメント１００の周辺に存在する物体の物理的特徴を判定する機能を有する判定ユニットである。その機能は次に詳説するが、センサエレメント１００がカテーテルのセンサ部として血管に挿入された場合、その血管に形成されたプラーク、血管に生じた血栓、ならびに血管に装着されたステントのうちの少なくとも１つの有無を判定するものである。
【００６１】
（センサエレメント１００の血管への挿入）
このセンサシステム２００は、センサエレメント１００を患者の血管に挿入した状態で使用される。センサエレメント１００の中心構造体である円筒状部材１１は、スリット１１ａが形成されているとはいえ、その幅は小さいので、実質的には円筒である。このためにセンサエレメント１００は可撓性が確保されており、様々に湾曲している血管中を比較的容易に移動させることができる。また、円筒状部材１１は実質的に円筒であるため、その厚みをほぼ均一にすることができ、応力集中が生じづらい。このため、血管の湾曲に応じてセンサエレメント１００が曲げられても、円筒状部材１１が破損してしまう可能性が低い。また、このように応力が分散することから、円筒状部材１１の厚みを薄くすることが可能であるから、センサエレメント１００の外径をさらに小さくすることが可能である。つまりセンサエレメント１００は、細い血管へも挿入することが可能である。
【００６２】
（基本動作）
そして励振回路５１から励振コイル１２に励振信号を供給すると、受信コイル１３に信号が誘起される。この誘起される信号に基づいて、センサエレメント１００の周辺に存在しているのが、正常な血管細胞であるのか、それとも血栓、プラーク、あるいはステントであるのかを判定したり、センサエレメント１００の周辺に存在している物質の径を測定したりできることは、ＩＬＳの原理により知られているとおりである。すなわち、センサエレメント１００の周辺に存在している物質に誘導される電流は、その物質の電気伝導度と励振コイル１２からの離間距離とに応じて、大きさと位相が変化する。そして受信コイル１３にて誘起される信号も、センサエレメント１００の周辺に存在している物質に誘導される電流に応じて大きさと位相が変化する。従って、受信コイル１３に誘起される信号を受信回路５３にて受信した上で、信号処理システム５４において解析すれば、電気伝導度の大小と励振コイル１２からの離間距離とを知ることができる。血液、正常な血管細胞、血栓、プラーク、ならびにステントは、それぞれ電気伝導度が異なっている。従って電気伝導度からは、センサエレメント１００の周辺に存在しているのが、正常な血管細胞であるのか、それとも血栓、プラーク、あるいはステントであるのかを判定することができる。センサエレメント１００の周辺に血栓またはプラークが検出されたときの離間距離からは、血栓またはプラークにより血管に生じている狭窄部の径を知ることができる。センサエレメント１００の周辺にステントが検出されたときの離間距離からは、ステントの拡張径（内径）を知ることができる。
【００６３】
（外部差動動作）
さて、励振コイル１２を励起すると、直接受信コイル１３に誘導電流Ｉｄが流れる。血管内（即ち血液）には、図１０に示すように血液誘導電流Ｉｂが誘導される。さらに、血管細胞にも血管誘導電流Ｉａが誘導される。従って、受信コイル１３の誘導電圧Ｖａは、Ｉｄ＋Ｉｂ＋Ｉａに反応する。ここで信号処理システム５４における解析に重要なのは誘導電流Ｉａである。しかし、誘導電流Ｉｄ，Ｉａ，Ｉｂのうちでは誘導電流Ｉｄが最も大きい。このことが、測定の感度を低下させる原因となる。
【００６４】
そこでセンサシステム２００では、外部差動トランス５２を備えている。この外部差動トランス５２の巻き数比を励振コイル１２と受信コイル１３との直接結合の結合比に応じて適切に定めておくことにより、一次側コイル５２ａが励振信号で駆動されることにより、二次側コイル５２ｂには、誘導電流Ｉｄに対応し、かつ極性が逆の電圧Ｖａ′が発生する。これにより、受信回路５３ではＶａ−Ｖａ′を受けることとなる。これは（ｌｄ＋Ｉｂ＋Ｉａ）−Ｉｄ＝Ｉｂ＋Ｉａに対応した信号を受けることである。
【００６５】
かくして受信回路５３では、励振コイル１２と受信コイル１３との直接結合に起因した大きな電流の影響を受けずに、センサエレメント１００の周辺に存在している物質での誘導電流に起因する信号のみを受信することができ、感度の向上が達成できる。ちなみに、この誘導電流Ｉｄは、励起信号の電流値ＩTに比例する。従って、外部差動トランス５２を用いた上記のような差動動作には、励振回路５１の不安定さの影響を受けない。
【００６６】
なお、外部差動トランス５２としては、一次側コイル５２ａと二次側コイル５２ｂとの結合比を変化させる機能を備えた周知のトランスを利用することも可能である。このようなトランスを外部差動トランス５２として用いれば、励振コイル１２と受信コイル１３との直接結合の結合比に応じて、外部差動トランス５２の結合比を適切に調整することにより、励振コイル１２と受信コイル１３との直接結合の影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００６７】
ところで、センサエレメント１００が空中に存在する状態でのＶａ−Ｖａ′がゼロとなるよう外部差動トランス５２の結合を調整または設定する。この場合、センサエレメント１００を血管に入れると、Ｖａ−Ｖａ′がゼロではなくなる。このときのＶａ−Ｖａ′をＶａ０とすると、このＶａ０は血管の導電度に応じた値となる。血栓、ステント、あるいはプラークの存在する場合のそれぞれのＩａ信号に対するＶａ−Ｖａ′（＝Ｖｍ）を検知すると、Ｖｍ−Ｖａ０の大きさから血栓、ステント、あるいはプラークの区別ができる。ステント径については、導電度が高くなるので、血栓やプラークと比して、Ｖｍ−Ｖａ０が大きくなる。さらにＶｍ−Ｖａ０は差動信号であるため、ステントが存在する場合と血栓やプラークが存在する場合とでは位相が反対向きとなる。さらに実際の使用ではＶｍ−Ｖａ０を予め、ステントの各種直径に対して測定してデータを確保しおく。そうすると、ステントを血管内で拡張した場合の直径を、Ｖｍ−Ｖａ０の測定値から逆算して求めることができる。
【００６８】
なお、上記の誘導電圧の測定には、その誘導の源になる電流に対応した位相に同期した電圧信号の検出を行う。
【００６９】
（空間差動動作）
センサエレメント１００は血管のうちの血流チャネルの中を移動するため、通常は図１０に示すように血管細胞、血栓、プラーク、ならびにステントよりも近くに血液が存在している。このため、誘導電流Ｉａよりも誘導電流Ｉｂが大きくなってしまい、測定の感度を低下させる原因となる。
【００７０】
また、センサエレメント１００の小型化のためには励振コイル１２および受信コイル１３に用いられる銅線を細くせざるを得ず、電気抵抗が大きい。これを補うためには、励振コイル１２および受信コイル１３の巻き数を増やす。励振コイル１２および受信コイル１３の巻き数が増えると、励振コイル１２による誘導電流は大きくなり、受信コイル１３に生じる誘導電圧も大きくなる。誘導電流も誘導電圧もコイルの巻き数に比例するからである。すなわち励振コイル１２および受信コイル１３の巻き数を増やすと、測定が容易となる。しかしながら、励振コイル１２および受信コイル１３の外径を大きくすることなく巻き数を増加させるためには、円筒部１１の中心軸（以下、ｚ軸と称する）に沿った方向のコイルの長さが大きくなる。これは、ｚ軸方向の解像度の悪化を招くことになる。
【００７１】
これら問題に対する対策として本実施形態では、空間差動コイル１４を設けている。
【００７２】
空間差動コイル１４は、励振コイル１２に対して受信コイル１３よりも近くに位置している。このため空間差動コイル１４は、受信コイル１３よりもセンサエレメント１００に近い位置に強い感度を有する。つまり空間差動コイル１４の誘導電流は、受信コイル１３の誘導電流におけるよりも誘導電流Ｉｂの影響の比率が高い。一方、受信コイル１３と空間差動コイル１４とは、巻き方向が互いに逆である。従って空間差動コイル１４の誘導電流と受信コイル１３の誘導電流とは逆極性（逆位相）である。さらには、巻き数が受信コイル１３よりも空間差動コイル１４のほうが少ないから、絶対的な感度は空間差動コイル１４のほうが小さい。これらのことから受信回路５３では、受信コイル１３の誘導電流から空間差動コイル１４の誘導電流が交流的に減じられることによって誘導電流Ｉｂの影響が軽減された信号、すなわち受信コイル１３の誘導電流と空間差動コイル１４の誘導電流との差の信号が受信されることになり、感度の向上が達成できる。
【００７３】
図１１は空間差動コイル１４が設けられない場合のｚ軸方向についての空間測定特性を示す図である。
【００７４】
空間差動コイル１４が設けられない場合には、励振コイル１２の空間励振特性６１と受信コイル１３の空間感受特性６２との合成として図１１に示すような空間測定特性６３が得られることになる。励振コイル１２や受信コイル１３のｚ軸方向の長さが大きくなると、空間励振特性６１および空間感受特性６２はより緩やかな曲線となり、空間測定特性も緩やかな曲線となることによって、前述のようにｚ軸方向の解像度の悪化を招くのである。
【００７５】
さて、空間差動コイル１４のｚ軸方向についての空間感受特性６４は図１２Ａに示すようなものとなる。空間差動コイル１４のｚ軸方向の長さは受信コイル１３のそれよりも小さい。このため空間感受特性６４は、空間感受特性６２よりも鋭い曲線となっている。そしてこの空間感受特性６４のピークは、空間励振特性６１のピークと空間感受特性６２のピークとの中間に位置する。さらに空間差動コイル１４の誘導電流は、受信コイル１３の誘導電流とは逆極性である。かくして、センサエレメント１００の空間測定特性は、空間励振特性６１、空間感受特性６２および空間感受特性６４の合成として図１２Ａに示すような空間測定特性６５が得られることになる。この空間測定特性６５は、空間測定特性６３に比べて鋭い曲線となっていて、空間解像度が大幅に改善することが分かる。
【００７６】
ところで、センサエレメント１００の空間測定特性は、上述したように受信コイル１３と空間差動コイル１４との相対的な位置に応じて変化する。このために複数のセンサエレメント１００間の空間測定特性のバラツキを抑えるためには、受信コイル１３と空間差動コイル１４との相対的な位置を精度良く合わせながらセンサエレメント１００を製造する必要がある。しかしながらセンサエレメント１００では、受信コイル１３と空間差動コイル１４とを単一の銅線を用いて一体的に形成しているので、図８における長さＬを一定とすることにより、受信コイル１３と空間差動コイル１４との相対的な位置を精度良く合わせることが可能である。長さＬは、電気的接続部１３ｃの長さであるので、これを一定に調整することは、個別に製作した受信コイル１３と空間差動コイル１４との離間距離を一定に調整するのに比べて容易である。かくして本実施形態によれば、複数のセンサエレメント１００間でのz平面での空間測定特性のバラツキを抑え、適切な特性に保つことが可能である。
【００７７】
（センサエレメント１００の交換）
センサエレメント１００は血管に挿入して使用されるために、衛生上の観点から１度のみ使用されることが望ましい。本実施形態のセンサエレメント１００は、末端にコンタクト部３を形成しており、これを励振回路５１、外部差動トランス５２および受信回路５３に接続されたコネクタに装着することにより、励振回路５１、外部差動トランス５２および受信回路５３に電気的に接続することができる。すなわち、センサシステム２００のうちのセンサエレメント１００のみが脱着可能であり、センサエレメント１００を容易に交換することができる。
【００７８】
なおセンサエレメント１００は、信号伝送のためのケーブルとしてエクステンションチューブ部２に収容されているフレキシブル基板２１の端部をコンタクト部３として利用しているので、ケーブルとコネクタとを個別に装備する場合に比べて製造が容易となるとともに、部品コストを低減できる。
【００７９】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。すなわち、巻き線部１３ａと巻き線部１４ａとは、円筒状部材１１の内部空間内で結合しても良い。あるいは図１２Ｂに示すように、巻き線部１３ａの一端と巻き線部１４ａの一端とを接続する電気的接続部１３ｃの中間部を円筒状部材１１の開口端から円筒状部材１１の外部に引き出し、これら巻き線部１３ａ、１４ａを円筒状部材１１の外側で電気的に接続した配線であっても良い。
【００８０】
（第２の実施形態）
図１３はこのように変形されたセンサエレメント３００を用いたセンサシステム４００の構成を示す図である。なお、図１３において図９と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
センサシステム４００は、センサエレメント３００、励振回路５１、受信回路５３、信号減衰手段である外部差動トランス７１、信号選択器であるセレクタスイッチ７２および信号処理システム７３を備える。すなわちセンサシステム４００は、センサシステム２００におけるセンサエレメント１００、外部差動トランス５２および信号処理システム５４に代えて、センサエレメント３００、外部差動トランス７１および信号処理システム７３を備えるとともに、セレクタスイッチ７２を新たに追加して構成されている。
【００８２】
センサエレメント３００は、センサエレメント１００に空間差動コイル１９を更に追加したものである。空間差動コイル１９は、受信コイル１３を挟んで空間差動コイル１４の反対側に配置されている。空間差動コイル１９は、位置が上記のように異なる以外は、受信コイル１３に対して空間差動コイル１４と同様な関係となるように設けられている。
【００８３】
センサエレメント３００は更に、受信コイル１３の巻き線部と空間差動コイル１４の巻き線部との間に備えられた電気的接続部と、受信コイル１３の巻き線部と空間差動コイル１９の巻き線部との間に備えられた電気的接続部とにそれぞれ接続された２本のリード部を含んでいる。これら２本のリード部は、スリット１１ａを通して円筒部材１１の内部空間に引き込まれる。
【００８４】
外部差動トランス７１の一次側コイル７１ａは、一端が励振回路５１に接続され、他端が励振コイル１２の一端に接続されている。外部差動トランス７１の第１の二次側コイル７１ｂは、一端がセレクタスイッチ７２に接続され、他端が空間差動コイル１４の一端に接続されている。外部差動トランス７１の第２の二次側コイル７１ｃは、一端がセレクタスイッチ７２に接続され、他端が空間差動コイル１９の一端に接続されている。二次側コイル７１ｂ，７１ｃの巻き方向は、受信コイル１３の巻き方向とは逆になっている。
【００８５】
セレクタスイッチ７２には、第１の二次側コイル７１ｂの一端と第２の二次側コイル７１ｃの一端とのほかに、受信コイル１３と空間差動コイル１４との間の接続点Ｐａと、受信コイル１３と空間差動コイル１９との間の接続点Ｐｂとがそれぞれ接続されている。これらの接続は、接続点Ｐａおよび接続点Ｐｂに相当する電気的接続部に上記のようにそれぞれ接続された２本のリード部とセレクタスイッチ７２の端子とを、導線１８と同様にして配置された２本の導線を用いて接続することにより実現される。セレクタスイッチ７２は、第１および第２の接続状態を選択的に形成する。第１の接続状態では、第１の二次側コイル７１ｂの一端と接続点Ｐｂとを受信回路５３に接続する。第２の接続状態では、第２の二次コイル７１ｃの一端と接続点Ｐａとを受信回路５３に接続する。
【００８６】
信号処理システム５４は、第１の接続状態にて受信回路５３で受信された信号と第２の接続状態にて受信回路５３で受信された信号とをそれぞれ解析して、センサエレメント１００の近傍に存在する血栓、プラークおよびステントの検出や、ステントの径の測定を行う。
【００８７】
さて第１の接続状態にあっては、センサシステム２００と同様な回路が形成される。一方、第２の接続状態にあっては、空間差動コイル１４の代わりに空間差動コイル１９が使用される回路が形成される。第２の接続状態で形成される回路は、第１の接続状態で形成される回路と電気的には等価である。ただし、空間差動コイル１９は空間差動コイル１４とは位置が異なるので、その空間感受特性が空間差動コイル１４とは異なっている。
【００８８】
空間差動コイル１４と空間差動コイル１９との空間感受特性の違いのためにセンサエレメント３００は、第１の接続状態と第２の接続状態とで異なる空間測定特性を有する。
【００８９】
図１４はセンサエレメント３００のｚ軸に交差する方向（以下、半径方向と称する）についての空間測定特性を示す図である。
【００９０】
第１の接続状態にあってはセンサエレメント３００に近い位置に高い感度を有する空間測定特性６６を呈する。これに対して、第２の接続状態にあってはセンサエレメントから遠い位置に高い感度を有する空間測定特性６７を呈する。さらに第２の接続状態にあっては、半径方向に広い空間測定特性を有する。
【００９１】
信号処理システム７３ではこれらの２つの空間測定特性のもとにそれぞれ受信された２つの信号を解析することにより、センサエレメント３００の周辺に存在する物質までの距離を高精度に判定できる。すなわち空間差動コイル１９を追加したことにより、z軸に垂直な平面(z平面)での感受特性を血管壁に近づけることができる。
【００９２】
なお、セレクタスイッチ７２を追加する代わりにもう１つの受信回路を追加し、第１の接続状態および第２の接続状態のそれぞれにおける信号を同時に受信することも可能である。
【００９３】
第２コイルエレメントを構成する受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９のセンサエレメント３００の外部への信号引き出しは図１５Ａに示す。受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９との電気的接続部の接続点ＰａとＰｂにおいて導線を接続してこれらコイルに発生する誘起信号をセンサエレメント３００の外部に引き出している。引き出された導線は電気的にセレクタスイッチ７２に接続されている。
【００９４】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００９５】
(1)  受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９を構成する巻き線部１３ａと巻き線部１４ａと１９ａは、円筒状部材１１の外部で結合しても良い。図１５Ｂに示すように、巻き線部１３ａ，１４ａ，１９ａが３つの独立した導線であって、これら導線をそれぞれ一組の導線１３ｗ、１４ｗ、１９ｗを円筒状部材１１の外側に引き出し、受信コイル１３と空間差動コイル１４、受信コイル１３と空間差動コイル１９を電気的に直列接続した配線であっても良い。
【００９６】
(2)  センサエレメント３００に設けられたスリット１１ａは、図１６に示すように円筒状部材１１の中心軸方向に対して傾斜させて形成しても良い。図８ではスリット１１aは円筒状部材１１の中心軸方向に対して並行であるが、このように傾斜すれば、各コイルの端部を円筒状部材１１の内部空間へと引き込む位置が円筒状部材１１の中心軸方向に交差する方向にそれぞれずれるので、円筒状部材１１の内部空間における導線１７，１８の配置が容易となり、組み立てが簡単になる。
【００９７】
(3)   信号減衰手段である外部差動トランス７１は、図１３に示す実施形態では、一つのトランスで構成されている。しかし、これを直列又は並列する２つの独立した外部差動トランスで構成しても良い。図１７Ａは直列する２つの独立した外部差動トランス７１Ａと７１Ｂで構成する場合を示す。この場合一次側コイルは７１Ａａと７１Ｂａとなり、それぞれに対して二次側コイル７１ｃ、７１ｂが結合することとなる。励振回路５１の電気的な負荷は、励振コイル１２のインピーダンスと２つの外部差動トランス７１Ａと７１Ｂそれぞれのインピーダンスの和となる。この変形実施例では外部差動トランスを２つ用いるため、受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９に生じる誘導信号を外部差動トランスによってゼロ調整することが容易になる。一方、図１７Ｂでは並列する２つの独立した外部差動トランス７１Ａと７１Ｂで構成する場合を示す。この場合一次側コイルは７１Ａａと７１Ｂａとなり、それぞれに対して二次側コイル７１ｃ、７１ｂが結合することとなる。励振回路５１の電気的な負荷は、励振コイル１２のインピーダンスと２つの外部差動トランス７１Ａと７１Ｂの交流並列和のインピーダンスの和となる。この変形実施例では外部差動トランスを２つ用いるため、受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９に生じる誘導信号を外部差動トランス７１Ａと７１Ｂによってゼロ調整することが容易になるに加えて、励振回路５１の出力インピーダンスが低い場合は外部トランス１７Ａのゼロ調整により外部トランス１７Ｂのゼロ調整がずれることが少ない点にある。
【００９８】
(４)  センサエレメント１００，３００は、カテーテルあるいはバルーンカテーテルに装着されても良い。
【００９９】
図１８はセンサエレメント１００を備えたバルーンカテーテルの外観を示す図である。図１８に示すバルーンカテーテルは、ガイドワイヤ８１、バルーン８２、カテーテルシース８３、結合部８４、ポンプ８５およびセンサエレメント１００を含む。なお図１８においては、バルーン８２にはステント９１が装着されている。
【０１００】
センサエレメント１００は、カテーテルシース８３のバルーン８２近傍の位置に取り付けられている。ただしセンサエレメント１００は、バルーン８２の先端側に備えられても良い。そしてセンサエレメント１００は、カテーテルシース８３の内部あるいはカテーテルシース８３の内部空間を通して結合部８４から外部へと引き出されたケーブル８６を用いて、励振回路５１、外部差動トランス５２および受信回路５３に接続される。
【０１０１】
このバルーンカテーテルを使用した測定方法は以下の通りである。
【０１０２】
(４-1)プラークの特定
プラークの存在箇所においては、センサエレメント１００が数ｍｍ移動される範囲で誘導電圧が減少する。これは、プラークが脂肪質の粥状化ないし結晶化したものであってその電気抵抗は血液より大きく、かつその存在部位が血管の内膜と中膜との間、または不完全プラークにあっては中膜と外膜との間であって、血管に沿うものであるからである。そこで、カテーテルシース８３を血管に穿刺した後、血管中をセンサエレメント１００が移動される際の誘導電圧の変化をモニタする。そして誘導電圧を周囲に対して減少する箇所をプラークが存在する箇所として特定する。
【０１０３】
(４-2)血栓部分の特定
血栓部分は、血管内部に突出し、電気抵抗が血液より高い。しかし、血栓部分の血管に沿った長さは短いため、血栓の突出部の血管に沿った前後では、電磁誘導の性質（石油探索技術では、formation bed効果と称される性質）より誘導電流が多く流れる部分が生じる。このため、局所的にではあるが、大きな誘導電圧が検出される。このような局所的な誘導電圧の増大により血栓部分の存在箇所を特定する。
【０１０４】
(４-3)ステントの直径の特定
バルーンカテーテルにて、生理食塩水中あるいは人口血液中にて受信回路５３で受信される誘導電圧とステント９１の直径との対応関係を予め得る。あるいは、空気中にて受信回路５３で受信される誘導電圧とステント９１の直径との対応関係を予め得る。後者の場合、生理食塩水中あるいは人口血液中にて受信回路５３で受信される誘導電圧と、空気中にて受信回路５３で受信される誘導電圧との関係から補正量を予め求めておく。そして、誘導電圧とステント９１の直径との対応関係と上記の補正量とに基づいて、生理食塩水中あるいは人口血液中にて受信回路５３で受信される誘導電圧とステント９１の直径との対応関係を得る。ステント９１を装着したバルーン８２を血管狭窄部に輸送する。血液中の誘導電圧Ｖｍを測定する。ポンプ８５により空気あるいは生理食塩水等を送り込んでバルーン８２を膨らませ、ステント９１を拡張し、当該部位に留置する。その後、ステント９１を装着した部位までセンサエレメント１００を移動させ、誘導電圧Ｖｍ−Ｖａ０を求める。これより、誘導電圧Ｖｍ−Ｖａ０より誘導電圧Ｖｍを除去する。その値と、上記の誘導電圧およびステントの直径の対応関係とを用いて、当該誘導電圧と一致するところのステント９１の直径が、血管に留置した装着後のステント９１の直径であると判断する。
【０１０５】
なお、センサエレメント１００に代えてセンサエレメント３００を備える場合には、第１および第２の接続状態のそれぞれで決定されるステントの直径が２つずつ求まる。そこでこれら２つずつの値のうち、より近いほうの２つの値の平均値を装着後のステントの直径と判断すれば良い。
【０１０６】
(５)  受信コイル１３と空間差動コイル１４の直列を直列してなる第２コイルエレメントである電気コイルを励振コイルとし、励振コイル１２を受信コイルとしても良い。この場合でも、電磁誘導の励振−受信の相補性より、同様の効果が得られる。
【０１０７】
(６)  導線は、同軸ケーブルに加えて、ツイストケーブルおよびシールドツイストペア線のいずれにおいても、それらを構成する導線を用いても良い。ツイストケーブルは、高周波信号の減衰が少ない。ツイストケーブルは、単線または撚り線のどちらでも良い。シールドツイストペア線は、励振信号と受信信号とのクロストークが少ない。
【０１０８】
(７)  円筒状部材１１の材質は、ナイロン、PEEK、あるいはポリエーテルブロックアミドでも良い。
【０１０９】
(８)  円筒状部材１１は、２重構造としても良い。外部はコイルの装着が楽なすべりの良いポリマーとし、内部は外圧で潰れにくいPEEKとすることが考えられる。可撓性を保つため、PEEKはメッシュ状としても良い。
【０１１０】
(９)  円筒部１１の内部空間は、導線配置の後にポリマーを充填しても良い。このようにすれば、外圧でつぶれにくくなる。
【０１１１】
(１０)  各種コイルは、その端部をそのまま円筒状部材１１の外部まで引き出すことにより、導線１７，１８などを省略することもできる。このようにすれば、コイルと導線との溶着やロウ付けが不要となり、構造が簡単となる。また、溶着部などを円筒状部材１１の内部空間に収容する必要がないから、円筒状部材１１の断面積を小さくすることができる。これにより、センサエレメント１００の外径も小さくすることができ、細い血管にも利用可能となる。
【０１１２】
(１１)  上記実施形態では、誘導電圧の交流差動信号に基づいて、血栓やプラークの存在の確認、ステントの存在の確認、ステントの径の測定を行うこととしているが、更に励振信号に対する誘導電圧の移相量を利用しても良い。すなわち、石油探索技術においてphaser inductionと呼ばれている技術（非特許文献１を参照）を利用可能である。この場合、誘導電圧の交流差動信号に加えて、その測定される誘導電圧の測定数と同数の位相信号を測定することになるため、血栓やプラークの直径の決定やこれらの電気抵抗も特定することが可能となる。移相量の測定のためには、信号処理システム５４，７３にＰＬＬ（phase locked loop）回路を付加する。
【０１１３】
(１２)  交流差動信号と移相量との使用による血栓やプラークの直径の決定やこれらの電気抵抗の決定は、交流差動信号と移相量という２変数モデルによる２つの解である直径と電気抵抗の決定とである。実用的な方法としては、「table lookup」方式による解の決定方法がある。すなわち、このような２変数モデルに対して予め直径と電気抵抗との関係を測定しておき、現実の交流差動信号と移相量とから、補間により直径と電気抵抗値とを測定する。
【０１１４】
(１３)  センサエレメント３００を使用するセンサシステムでは、センサエレメント３００の両端に生じる信号を受信回路にて受信することとしても良い。この場合に受信される信号は、受信コイル１３の誘導電流から空間差動コイル１４の誘導電流および空間差動コイル１９の誘導電流が交流的に減じられることによって誘導電流Ｉｂの影響がセンサエレメント１００を使用する場合よりも軽減された信号が受信されることになり、感度のさらなる向上が達成できる。
【０１１５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明のＩＬＳの原理を示す図。
【図２】ＩＬＳの外観の一例を示す斜視図。
【図３】第１の実施形態に係るセンサエレメント１００の外観を示す斜視図。
【図４】絶縁パイプ４を除いた状態のセンサエレメント１００の構造を示す斜視図。
【図５】円筒状部材１１の中心軸およびスリット１１ａの中心線を含んだ断面の励振コイル１２の近辺を示した図。
【図６】円筒状部材１１の中心軸に直交する励振コイル１２の近辺の断面を示した図。
【図７】センサエレメント１００の製造の際の一工程の様子を示す斜視図。
【図８】受信コイル１３および空間差動コイル１４を含んだコイルエレメントの外観を示す斜視図。
【図９】センサエレメント１００を用いたセンサシステム２００の構成を示す図。
【図１０】血管誘導電流Ｉａおよび血液誘導電流Ｉｂが誘導される様子を模式的に示す図。
【図１１】空間差動コイル１４が設けられない場合のｚ軸方向についての空間測定特性を示す図。
【図１２Ａ】センサエレメント１００のｚ軸方向についての空間測定特性を示す図。
【図１２Ｂ】受信コイル１３と空間差動コイル１４との結合形態の変形例を示す図。
【図１３】センサエレメント３００を用いたセンサシステム４００の構成を示す図。
【図１４】センサエレメント３００のｚ軸に交差する方向についての空間測定特性を示す図。
【図１５Ａ】受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９との結合形態を示す図。
【図１５Ｂ】受信コイル１３と空間差動コイル１４と１９との結合形態の変形例を示す図。
【図１６】スリット１１ａの変形例を示す図。
【図１７Ａ】２つの独立した外部差動トランスを備えたセンサシステム４００の構成を示す図。
【図１７Ｂ】２つの独立した外部差動トランスを備えたセンサシステム４００の他の構成を示す図。
【図１８】センサエレメント１００を備えたバルーンカテーテルの外観を示す図。
【符号の説明】
【０１１７】
１…センサ部、２…エクステンションチューブ部、３…コンタクト部、４…絶縁パイプ、１１…円筒状部材、１１ａ…スリット、１２…励振コイル、１２ａ…巻き線部、１２ｂ…リード部、１３…受信コイル、１３ａ…巻き線部、１３ｂ…リード部、１３ｃ、１３ｄ…電気的接続部、１４…空間差動コイル、１４ａ…巻き線部、１４ｂ…リード部、１５，１６…スペーサ、１３ｗ，１４ｗ，１７，１８，１９ｗ…導線、１９…空間差動コイル、１９ａ…巻き線部、２１…フレキシブル基板、２１ａ…ストッパ部、５１…励振回路、５２，７１，７１Ａ，７１Ｂ…外部差動トランス、５２ａ，７１ａ，７１Ａａ，７１Ｂａ…一次側コイル、５２ｂ，７１ｂ，７１ｃ…二次側コイル、Ｐａ，Ｐｂ…接続点、５３…受信回路、５４，７３…信号処理システム、７２…セレクタスイッチ、８１…ガイドワイヤ、８２…バルーン、８３…カテーテルシース、８４…結合部、８５…ポンプ、８６…ケーブル、９１…ステント、１００，３００…センサエレメント、２００，４００…センサシステム。
【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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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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