(57)【要約】哺乳動物の血管（Ｗ）の組織試料の状態に関するデータを生成する、カテーテルを基にした光学システム（１０）。本システムは、組織に係合する遠位端（１８）及び接続された近位端（２０）を有する長寸のカテーテル・シャフト（１６）と、該カテーテル（１６）のルーメン内に構成された長寸の光送達ファイバ列（２４）とを備え、該光送達ファイバ列（２４）は遠位端（２８）及び近位端（３２）を有する。該光送達ファイバ列の遠位端（２８）は、光を哺乳動物組織（Ｗ）に指向する再指向子発光子（３０）をその上に有する。さらに長寸の集光ファイバ列（２６）が該カテーテル（１６）のルーメン内に配置され、該集光ファイバ列（２６）は遠位端（３４）及び最近位端（３６）を有する。該集光ファイバ列の遠位端（３４）は、発光子（３０）により哺乳動物組織（Ｗ）から反射された光を受け取る再指向子受光子（３０）を上に有する。該発光子（４２）及び受光子（４０）は、該カテーテルの遠位端（１８）で互いに長手方向で間隔（ｄ）を置く。該カテーテル装置は、該送達ファイバ（２４）と通信する光源（１２）と、集められたデータを受け取ると共に提示するために該受光ファイバ（２６）と通信する信号（５０）とを備える。
2004538448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織の分光分析のためのシステムであって、
中を通って延びるルーメンを規定するカテーテルと；
前記ルーメン内を通って延びる光送達ファイバ列と；
前記送達ファイバ列からの光を前記組織に指向させるために、前記送達ファイバ列の遠位端に配置された送達側再指向子と；
前記ルーメン内を通って延びる集光ファイバ列と；
前記組織からの光を受け取ると共に、受け取った光を前記集光ファイバ列に指向するために、前記集光ファイバ列の遠位端に配置された集光側再指向子であって、前記送達側再指向子とは分離された、集光側再指向子と；
を含む、システム。
【請求項２】
前記送達ファイバ列と通信する光源と、
前記集光ファイバ列と通信する信号検出子と
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列が、前記カテーテル内で共通の長手軸周りを回転するよう構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列が異なる直径を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光源と前記送達ファイバ列との間に構成された回転光結合器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記集光ファイバ列と前記信号検出子との間に構成された回転光結合器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列が捻られた対を成す、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記送達ファイバ列が複数の個別の送達ファイバを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記集光ファイバ列が複数の個別の集光ファイバを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記送達ファイバ列に光を指向すると共に、前記集光ファイバ列からの光を受け取るよう構成された回転光結合器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記回転光結合器がビーム・スプリッタを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記送達ファイバ列及び前記受光ファイバ列が、相互に同軸上にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列を分離する封鎖クラッディングをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記封鎖クラッディングが、前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列を長手方向で密閉する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記集光ファイバ列及び前記送達ファイバ列の一方への光通信を選択的に提供する音響光学変調器をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記送達側再指向子及び前記集光側再指向子が、長手方向で互いに間隔を置いた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記送達側再指向子及び前記集光側再指向子が、半径方向で互いに間隔を置いた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
カテーテルを血管内に挿入するステップと；
光送達ファイバ列を前記カテーテルのルーメン内に配置するステップであって、前記光送達ファイバ列が、前記組織に光を指向する送達側再指向子と光通信する遠位端を有する、ステップと；
集光ファイバ列を前記ルーメン内に配置するステップであって、前記集光ファイバ列が、前記組織から光を受け取る集光側再指向子と光通信する遠位端を有し、前記集光側再指向子を前記送達側再指向子から間隔を置いて配置する、ステップと；
光を前記送達ファイバ列内に通すステップと；
前記集光ファイバ列の受け取った光の指標である信号を検出するステップと；
を含む、血管内の組織試料を分光分析する方法。
【請求項１９】
前記集光ファイバ列及び前記送達ファイバ列を前記カテーテル内の共通の軸周りに回転させるステップ
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
光を前記送達ファイバ列内に通すステップと、前記集光ファイバにより受け取られた光の指標である信号を検出する前記ステップが、前記集光ファイバ列及び前記送達ファイバ列を光スリップ・リングに接続するステップ
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列を互いの周りに捻ってコイルにするステップ
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記集光ファイバ列及び前記送達ファイバ列を互いに同軸上に配置するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記集光ファイバ列及び前記送達ファイバ列の前記遠位端に、それぞれ構成された角を成すファイバ部材となるよう、前記集光側及び送達側再指向子を選択するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記集光ファイバ列及び前記光送達ファイバ列と光通信する回転結合器を含むよう前記光スリップ・リングを選択するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
共通のファイバを含むよう、前記光送達ファイバ及び前記集光ファイバを選択するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列の一方との光通信を選択的に提供する音響光学変調器を含むよう、光スリップ・リングを選択するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記音響光学変調器に、源からの光ビームを、一対の光ファイバ中の一対のビームに分割させ、前記分割された光を共通のビームに再度組み合わせて検出子に通信させるステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光送達ファイバ列及び前記集光ファイバ列と、連結した回転上一致する回転可能な偏光ビームスプリッタを含むよう、前記光スリップ・リングを選択するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記光ビームを信号検出子に通信するために、静止偏光ビームスプリッタと光通信するよう、前記回転可能な偏光ビームスプリッタを選択するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
共直線上にないよう、前記送達される光ビーム及び前記集光される光ビームを選択するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
ルーメンを規定するカテーテルと；
前記ルーメンを通って延びると共に前記カテーテルの長手軸周りに回転するよう構成された光送達ファイバ列と；
前記光送達ファイバ列と光通信すると共に、光を前記組織に指向するために前記光送達ファイバ列の遠位端に配置された送達側再指向子と；
前記ルーメンを通って延びると共に、前記カテーテルの長手軸周りに回転するよう構成され、前記光送達ファイバ列とは異なる直径を有する集光ファイバ列と；
前記集光ファイバ列と光通信すると共に、組織からの光を受け取るために、前記集光ファイバ列の遠位端に配置された集光側再指向子であって、前記集光側再指向子及び前記送達側再指向子は、相互に長手方向で間隔を置いている、集光側再指向子と；
前記送達ファイバ列と通信する光源と；
データを受け取ると共に提示するために前記集光ファイバ列と通信する信号検出子と；
前記光源と前記送達ファイバ列との間に配置された回転光結合器と；
を含む、血管組織の状態の指標であるデータを生成する、カテーテルを基にした光学システム。
【請求項３２】
前記回転光結合器が前記集光ファイバ列と前記信号検出子との間に配置された、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
組織の状態の指標であるデータを生成する方法であって、
送達側再指向子に接続された遠位端を有する光送達ファイバをカテーテル内に挿入するステップと；
集光側再指向子に接続された遠位端を有する集光ファイバを前記カテーテル内に挿入するステップと；
回転光ピックアップを前記ファイバのそれぞれの近位端に、それとの光通信を提供するように取り付けるステップと；
光源を前記回転光ピックアップに、前記光源と前記送達側再指向子との間の光通信を提供するように取り付けるステップと；
前記カテーテルを血管に挿入するステップと；
前記光源を励起して、光を前記送達ファイバを通じて前記送達側再指向子、そして組織へと提供するステップと；
前記組織からの光を前記集光側再指向子に集光するステップと；
前記回転光ピックアップを通じて前記集光された光を受け取るステップと；
前記組織の分析のために、前記受け取った光を信号検出子に指向するステップと、を含む、方法。
【請求項３４】
前記送達ファイバ及び前記集光ファイバを共通の軸周りに回転させることで、前記血管を円周方向でスキャンするステップ
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記集光側及び送達側再指向子を、長手方向の距離を置いて間隔を空けるステップ
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記集光側及び送達側再指向子を、半径方向の距離を置いて間隔を空けるステップ
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記カテーテルの近位端にある調節装置により、前記集光側及び送達側再指向子の間の長手方向の距離を調節するステップ
をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記光ファイバの一方を前記ファイバの他方の内部に配置することで、その間の同軸上の配列を構成するように、前記送達ファイバ及び前記集光ファイバを同軸上に配置するステップ
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記送達ファイバ及び前記集光ファイバ光ファイバの間に封鎖層を配置することで、その間の光学的な光交換を防ぐステップ
をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はカテーテルに関し、より具体的には、媒質中の組織又は粒状試料を検出及び分析するための光学的撮像装置を用いたカテーテル装置に関するものである。
【０００２】
発明の背景
哺乳動物の血管にはアテローム性プラーク、血管病変、及び動脈瘤による損傷が起きる。このようなプラークは単純なプラークである場合も、又は脆弱性プラークである場合もある。脆弱性プラークは脂質に富む核物質と炎症細胞とから成る。これらの脆弱性プラークは破裂及び侵食し易い。致死性心筋梗塞の６０乃至７０パーセントがプラークの破裂で引き起こされる。致死性梗塞の約２５乃至３０パーセントは、プラークの侵食又は潰瘍化が引き金となる機序である。侵食は、血栓の下方にある内皮細胞に炎症細胞が取って代わったときに起きる。このような炎症細胞には通常、プラークの破裂及び潰瘍化が伴う。プラーク破裂及び潰瘍化は脈管内膜の損傷に応答して起きると共に悪化させ、血栓及び血管狭窄を促進すると考えられる。
【０００３】
脆弱性プラークであるティヒッチ（原語：tihich）は沈殿性梗塞の危険性を増し、冠状動脈で起きるが、血管写像では見かけ上は正常であるか、又は単に軽度の狭窄があるように見えることがある。このように、破裂又は侵食が起きる前に、これらの脆弱性プラークの検出ができれば、哺乳動物の患者の治療にとって大きな前進となるであろう。
【０００４】
発明の簡単な概要
本発明は、哺乳動物の血管、組織試料の光学的分析のためのカテーテルを基にしたシステム及びこのカテーテルを基にしたシステムの使用法に関するものである。このようなカテーテルを基にしたシステムは、光ファイバの配列を通った光線を、これらのファイバが送達及び集光する光線が判明し、制御できるような態様で個別に送達及び集光するために用いられる。本発明のカテーテルを基にした光学システムは、例えば光結合器と光通信したチタニウム−サファイア・レーザなど、レーザ等の光源を有する。カテーテルを基にした該光学システムは、遠位端及び近位端を有する長寸のカテーテルを備える。該カテーテルは、適切な円柱強度を有する薄い弾性材料から成る最も外側の鞘を有し、前記鞘の遠位端はポリエチレン又は他の生体適合性材料から形成され、光学的には透明である。長寸の光送達ファイバ列が、カテーテルの近位端からその遠位端内まで中を通って配置される。集光ファイバ列も前記カテーテル鞘内に、該光送達ファイバ列の横に並んで配置される。該光送達ファイバ列の遠位端は、該カテーテル鞘内の遠位端内の光再指向子と光通信する。該光送達ファイバ列の近位端は、該カテーテル鞘の近位端で該光結合器と光通信する。該集光ファイバ列の遠位端は、該カテーテル鞘の遠位端内で光再指向子と光通信する。該集光ファイバ列の近位端は、該カテーテル鞘の近位端で該光結合器と光通信する。該カテーテル鞘の遠位端にある該光再指向子は、該光送達ファイバ列を通って伝わる光を、該カテーテル鞘の側壁を貫通して概ね半径方向外側に向かって、本検査法を受けている哺乳動物の対象の血管壁に向けて再指向するように構成される。
【０００５】
反射光路受光部材を、該光再指向子内の光送達路から離れた距離に配置してもよい。該受光部材は哺乳動物の血管内の組織からの反射光を集光し、該光結合器内への伝送に向けて、それを集光ファイバ列を通して近位方向に通信する。
【０００６】
検出子が該光結合器と通信して、該集光ファイバ列から光線を受け取り、その信号を電子表示に変換する。該電子表示は、哺乳動物ホスト体内で検査中の血管内の組織構造の分析として提示される。
【０００７】
本発明の更なる実施態様では、回転可能な光結合器を、該光結合器と該光送達ファイバ列及び該集光ファイバ列の近位端との間を光通信した状態で配置する。該回転可能な光結合器は、この実施態様においては、各特許の全文を引用をもってここに援用することとするイバーソンの米国特許第4,109,998号又はスペンサーらの米国特許第4,725,116号又はフカホリらの米国特許第4,872,737号に見られるような構成と全体的には幾分同様な光スリップ・リングとして構成してもよい。この実施態様では、光送達ファイバ列及び集光ファイバ列の両方を、該カテーテル鞘の長手軸と同軸上にある長寸の回転軸周りをそれぞれ同時に回転させる。この実施態様では、該光再向子もカテーテル鞘の遠位端内で回転する。該光再指向子を、該集光ファイバ列及び光送達ファイバ列のそれぞれの遠位端に配置された、直角の延長部分から構成しても、又は、対角線上に配置された鏡から構成してもよい。各ファイバ列の遠位端は、当該カテーテル装置が作動中の哺乳動物の患者の血管内壁に対して独立かつ分離した態様で光線をそれぞれ放出及び集光する。各ファイバ列の遠位端は、該ファイバ・アセンブリの長手回転軸方向で互いに間隔を置いている。光線を送達及び集光するために個別のファイバを使用することで、光線が血管の組織試料に当たる点と、光線が血管の組織試料から集光される点との間の分離の制御が可能である。このような光ファイバ列は直径２乃至３ミクロンから最高で直径２乃至３ミリメートルの大きさであってもよい。更なる考え得る実施態様では、該光送達ファイバ列を、該光送達ファイバ列を集合的に成す複数の個別の長寸の光ファイバから構成してもよい。同様な態様で、該集光ファイバ列を複数の個別の集光ファイバから構成してもよい。
【０００８】
本発明の更なる好適な実施態様では、信号強度の損失を生まずに弱信号を伝送できるように、該集光ファイバ列を、該光送達ファイバ列とは異なる直径、即ちより大きな直径のものとしてもよい。
【０００９】
本発明の更なる目的では、該光送達ファイバ列及び集光ファイバ列が互いに対してコイルを成す状態を考察する。即ち、該送達ファイバ列を、一方の手の方向で捻れた内側コイルとして構成し、他方、該集光ファイバ列を反対側の手の方向の外側コイル、即ち捻れた対として配置することで、カテーテル鞘を哺乳動物の血管へ挿入する際の円柱方向の強度をそれに与え、また、壁面の補強及び案内性の強化を要したはずのカテーテル鞘に安定性を提供し、またその直径の縮小を可能にしてもよい。
【００１０】
本発明の更なる実施態様では、該光送達ファイバ列及び集光ファイバ列を同軸上とし、その間に配置された反射性もしくは封鎖クラッディングにより分離してもよい。封鎖クラッディングは、該カテーテル鞘内に回転可能に構成された組み合わされた送達ファイバ及び集光ファイバ列の外側周囲表面上に構成してもよい。このような実施態様には、当該集合的ファイバ列アセンブリの内側コアを成す送達ファイバ列を含めてもよい。このような同軸ファイバ列は、光スリップ・リング結合器集成装置と光通信し、こうして内側又は外側のファイバ列が、送達媒体として働き、外側又は内側のファイバ列が集光ファイバ列として働いて、哺乳動物の血管壁の分析にとって適切な電気信号に変換するために検出子に送信する。
【００１１】
このように、本発明は、組織に係合する遠位端と、接続された近位端とを有する長寸のカテーテル・シャフトを含んで成る、哺乳動物の血管組織の状態に関するデータを生成する、カテーテルを基にした光学システムを包含するものである。長寸の光送達ファイバが該カテーテルのルーメン内に構成される。該光送達ファイバ列は遠位端及び近位端を有する。該光送達ファイバ列の遠位端は、光を哺乳動物組織に指向する光再指向子発光子をその上に有する。さらに長寸の集光ファイバ列が該カテーテルのルーメン内に配置され、該集光ファイバ列は遠位端及び近位端を有する。該集光ファイバ列の遠位端は、発光子により哺乳動物組織から反射された光を受け取る光再指向子受光子を上に有する。該発光子及び受光子は、該カテーテルの遠位端で互いに長手方向で間隔を置いていある。該カテーテル装置は、該送達ファイバと通信する光源と、該受光ファイバと通信して、集められたデータを受け取ると共に提示する信号検出子とを備える。該長寸の送達ファイバ列及び該長寸の集光ファイバ列は、該長寸のカテーテル・シャフト内で共通の長手軸周りを回転してもよい。該送達ファイバ列は、該集光ファイバの直径とは異なる直径のものでもよい。該カテーテル装置には、該光源と該送達ファイバ列との間に構成された回転光結合器を含めてもよい。また該回転光結合器を該集光ファイバ列と該信号検出子との間に構成してもよい。該送達ファイバ列及び該集光ファイバ列が捻られた対を成してもよい。該送達ファイバ列は、複数の個別の送達ファイバから成ってもよい。該集光ファイバ列は複数の個別の集光ファイバから成ってもよい。該送達ファイバ列の遠位端にある該発光子は、該送達ファイバ列からの光を組織に指向すると共に、組織から反射された光を該集光ファイバ列に指向するよう構成された回転光結合器を備えてもよい。該回転光結合器はビーム・スプリッタを有してもよい。該送達ファイバ列と、該受光ファイバ列とを、相互に同軸上に構成してもよい。該送達ファイバ列及び該受光ファイバ列を、その間に構成された封鎖クラッディングにより分離してもよい。該送達ファイバ列及び該受光ファイバ列を、封鎖クラッディングにより長手方向で密閉してもよい。
【００１２】
さらに本発明は、哺乳動物の血管組織の状態に関するデータを、カテーテルを基にした光学システムにより生成する方法も包含し、当該方法は、組織に係合する遠位端と、接続された近位端とを有する長寸のカテーテル・シャフトを、検査しようとする哺乳動物の血管内に配置するステップと；長寸の光送達ファイバ列を該カテーテルのルーメン内に配置するステップであって、該光送達ファイバ列が遠位端及び近位端を有し、該送達ファイバ列の最遠位端が、哺乳動物組織に光を指向する再指向子発光子を上に有する、ステップと；長寸の集光ファイバ列を該カテーテルのルーメン内に配置するステップであって、該集光ファイバ列が遠位端及び近位端を有し、該集光ファイバ列の遠位端が、該発光子により哺乳動物組織から反射された光を受け取る再指向子受光子を上に有し、該発光子及び受光子は、該カテーテルの遠位端で互いに長手方向で調節可能に間隔を置いていてもよい、ステップと；光源を該送達ファイバ列と光通信した状態に、そして、収集されたデータを受け取ると共に提示させるために光検出子を該受光ファイバ列と光通信した状態に、接続するステップと、を含む。本方法には、該集光ファイバ列及び該送達ファイバ列を該カテーテル内の共通の軸周りに回転させるステップと；該光源から送られて検出子に戻された光信号を、その提示及び分析に向けて通信するために、該集光ファイバ列及び該送達ファイバ列を光スリップ・リングに接続するステップと；該送達ファイバ列及び該集光ファイバ列を互いの周囲に捻ってコイルにするステップと、を含めてもよい。
【００１３】
さらに本発明は、カテーテルを基にした光学システムにより哺乳動物の血管の組織の状態に関するデータを生成する方法も包含し、該方法は、長寸の光送達ファイバ及び分離した長寸の集光ファイバを該カテーテル内に挿入するステップであって、該ファイバの各々は近位端及び遠位端を有し、該ファイバのそれぞれの各遠位端は光再指向子を上に有するステップと；回転光ピックアップを該カテーテル内のファイバのそれぞれの近位端に、それと光通信する状態に取り付けるステップと；光源を該回転光ピックアップに、該光源が該ファイバの遠位端にある該光再指向子と光通信する状態に取り付けるステップと；該カテーテルを哺乳動物の血管に挿入するステップと；該光源を励起して、光を該送達ファイバを通じて該再指向子、そして組織へと提供するステップと；該組織から光を反射させて、該集光ファイバの遠位端の再指向子に向けるステップと；該回転ピックアップを通じて反射光を受け取るステップと；受け取った光を、それによる哺乳動物の組織の分析のために、信号検出子に指向するステップと、を含む。本方法には、血管内の哺乳動物組織を円周方向でスキャンできるよう、該送達ファイバ及び該集光ファイバを共通の軸周りに回転させるステップを含めてもよい。本方法には、該再指向子を該カテーテル内で長手方向の距離を置いて間隔を空けることで、集光された光の反射特性をもたらすステップを含めてもよい。本方法に、該カテーテルの近位端にある調節装置により、該再指向子の長手方向の間隔を調節するステップを含めてもよい。さらに本方法に、光ファイバの一方を該ファイバの他方の内部に配置することで、その間の同軸上の配置を構成するステップを含めてもよい。本方法に、該光ファイバ同士の間に封鎖層を配置することで、その間の光学的な光交換を防ぐステップを含めてもよい。本発明の目的の一つは、哺乳動物系の脆弱性プラークの認識及び治療において、従来技術で示されてきたものに比較した向上を提供することである。
【００１４】
さらに本発明の目的の一つは、哺乳動物の血管の光学的分析のための、カテーテルを基にしたシステムを提供することである。
【００１５】
さらに本発明の目的の一つは、個々の血管分析に適合させることのできる光ファイバーの配列をカテーテル・システム内に提供することである。
【００１６】
さらに本発明の目的の一つは、光ファイバ構成要素を用いてカテーテル装置の配置が簡単に行えるような、カテーテルを基にした哺乳動物の血管の光学的分析を提供することである。
【００１７】
好適な実施態様の説明
以下、図面、特に図１を参照しながら、哺乳動物の血管の光学的分析のための、カテーテルを基にした光学システム１０と、カテーテルを基にした装置の使用法とを包含する本発明を示す。このようなカテーテルを基にした光学システム１０は、光ファイバの配列を通じ、これらの光ファイバにより送達及び集光される光線が判明し、制御可能であるような態様で、光線を個別に送達及び集光するために用いられる。
【００１８】
本発明のカテーテルを基にした光学システム１０は、好ましくは約５ミリワットの出力を持つと共に光サーキュレータなどの光結合器１４と光通信する、チタニウム−サファイア・レーザなどのレーザ等の光源１２を備える。カテーテルを基にした本光学システム１０は、図１及び２に見られるように、遠位端１８及び近位端２０を有する長寸のカテーテル１６を有する。該カテーテル１６は、適切な円柱強度を提供する薄い弾性材料から成る最も外側の鞘２２を有し、該鞘２２の遠位端はポリエチレン又は他の生体適合性材料から形成されていてもよく、また光学的には透明である。
【００１９】
図面に見られるように、長寸の光送達ファイバ列２４がカテーテル１６の近位端２０からその遠位端１８に向かって配置される。さらに集光ファイバ列２６が、該光送達ファイバ列２４に並んでカテーテル鞘２２内に配置される。該光送達ファイバ列２４の有する遠位端２８は、カテーテル鞘２２の遠位端１８内の光再指向子３０と光通信する。該光送達ファイバ列２４の有する近位端３２は、カテーテル・シャフト１６の近位端２０内にある光結合器１４と光通信する。該集光ファイバ列２６の有する遠位端３４は、カテーテル鞘２２の遠位端１８内の光再指向子３０と光通信する。該集光ファイバ列２６の有する近位端３６は、カテーテル鞘２２の近位端２０で光結合器１４と光通信する。カテーテル鞘２２の遠位端１８にある光再指向子３０は、光送達ファイバ列２４及び２６を伝わる光を再指向して、カテーテル鞘２２の側壁を透過して半径方向で略外側に、そして当該検査を受けている哺乳動物の対象の血管壁「Ｗ」に向けるように構成される。
【００２０】
図３及び４に見られるように、反射光路受光部材４０を、光再指向子３０内の光送達レンズ４２から「ｄ」分の距離を置いて、光再指向子３０内に構成してもよい。該受光レンズ４０は、哺乳動物の血管内の脆弱性プラーク「Ｖ」などの何らかの組織から反射光「Ｌ」を集光して、それを集光ファイバ列２６を通じて近位方向に通信して光結合器１４に送る。
【００２１】
図１及び２に見られるように、検出子５０は該光結合器１４と通信して集光ファイバ列２６からの光線を受け取り、その信号を検出子５０上の電子表示に変換する。前記の電子表示は、哺乳動物であるホスト体内の検査中の血管壁「Ｗ」内の組織構造の分析として提示される。
【００２２】
本発明の更なる好適な実施態様では、図２に示すように、回転可能な光結合器６０を、光結合器１４と、光送達ファイバ列２４及び集光ファイバ列２６のそれぞれ近位端３２及び３６との間で光通信した状態に配置する。該回転可能な光結合器６０は、この実施態様では、光スリップ・リングから構成してもよい。この実施態様では、光送達ファイバ列２４及び集光ファイバ列２６の両方を、カテーテル鞘の長手軸と同軸である長寸の回転軸「Ｒ」の周りにそれぞれ同時に回転させる。この実施態様では、該光再指向子３０もカテーテル鞘２２の遠位端１８内で回転するが、いくつかの実施態様では、該再指向子３０（例えば円錐型の鏡装置など）はカテーテル鞘２２内で静止したままでもよい。
【００２３】
該光再指向子３０は、図３に示すように、各集光ファイバ列２６及び光送達ファイバ列２４の遠位端にある再指向子３０内に配置された、直角を成す延長部３１から構成しても、又は、４５度の角度に配置された鏡（明確には図示せず）から構成してもよい。各ファイバ列の遠位端２８及び３４はそれぞれ、当該カテーテル装置１０を挿入している哺乳動物の患者の血管「Ｗ」の内壁に対して独立かつ分離した態様で光線を放出及び集光する。各ファイバ列の遠位端は、図３及び４に見られるように、ファイバ・アセンブリの長手回転軸に沿って互いに間隔を置いている。光線を送達及び集光する際に個別のファイバ２４及び２６を用いることで、光線が血管の組織試料を照射する点と、光線を血管の組織試料から集光する点の分離の制御が可能となっている。このようなファイバ２４及び２６に、アジャスタ２５により相互間で様々な間隔を持たせることで、その間の長手方向距離又は角度距離を提供してもよい。このような光ファイバ列は、直径で２乃至３ミクロンから最高で直径２乃至３ミリメートルの大きさとしてもよい。
【００２４】
更なる考え得る実施態様では、光送達ファイバ列２４を、該光送達ファイバ列を集合的に構成する複数の個々の長寸の光ファイバ２４’から構成してもよい。同様な態様で、該集光ファイバ列２６を、図３に示すように、複数の個々の集光ファイバ２６’から構成してもよい。本発明の更なる好適な実施態様では、該集光ファイバ列２６を、光送達ファイバ列２４とは異なる、即ちより大きな直径のものとすることで、信号強度の損失を生むことなく、弱い信号でもその間を伝送できるようにしてもよい。
【００２５】
本発明の更なる目的は、該光送達ファイバ列２４及び該集光ファイバ列２６が、図５に示すように相互にコイル状であることを考察するものである。さらに、該送達ファイバ列を、一方の手の方向の外側コイルとして配置された集光ファイバ列に対して他方の手の方向で捻られた内側コイル、即ち捻られた対として構成することで、カテーテル鞘２２を哺乳動物の血管へ挿入する際の円柱方向の強度をそれに与え、また、壁面の補強及び案内性の強化を要したはずのカテーテル鞘に安定性を提供し、またその直径の縮小を可能にしてもよい。
【００２６】
該光送達ファイバ列２４及び該集光ファイバ列２６は、本発明の更なる好適な実施態様では同軸上にあってよく、また、図６及び７に見られるように、その間に構成された封鎖クラッディング６４により分離されていてもよい。さらに、反射性又は封鎖クラッディング６６を、カテーテル鞘２２内に回転可能に配置された組み合わされた送達ファイバ及び集光ファイバ列の外側円周表面上に配置してもよい。該封鎖クラッディングは、例えばテフロン（登録商標）などの可塑性ポリマから構成してもよい。このような実施態様には、集合的光ファイバ列アセンブリの内側コアを成す送達ファイバ列を含めてもよい。このような同軸上のファイバ列は光スリップ・リング結合器集成装置６８と光通信し、このとき哺乳動物の血管壁の分析に適した電気信号への変換に向けた検出子への送信に際し、内側又は外側ファイバ列が送達媒体として働き、そして外側又は内側ファイバ列が集光ファイバ列として働くことになるであろう。
【００２７】
本発明のカテーテルを基にした光学システム１０の更なる実施態様では、図８に示すように、光源８０が光エネルギを光ビーム接続素子８２に向け、該光ビーム接続素子８２自体はその光をカテーテル８４に回転光結合器８６を介して向ける。該回転光結合器８６は、音響光学変調器８８と、レンズ及び鏡などの第一及び第二ファイバ結合素子９０及び９２とから成る。該音響光学変調器８８は、光入力強度の一方の半分が該ファイバ結合素子９０を介して第一光ファイバ９４に向けられ、そして光入力強度の他方の半分が該第二ファイバ結合素子９２を介して第二光ファイバ９６に向けられるように構成される。この実施態様で示すように、光入力を少なくとも２つの光ファイバ９０及び９６に分割すると、所望の信号の全体的なスループットが最大になる。他の分割比でも、本実施態様のそれ程ではないが、効率が向上するであろう。このように光路を分割することにより、一方の光ファイバで送達され、他方の光ファイバで集光された光と、同じファイバで送達及び集光された光との判別が可能である。これは、光が音響光学変調器８８により偏向されたときに起きるが、なぜならそれは、その光学的周波数を、該音響光学変調器８８が用いる音響学的周波数（va）に大きさが等しい量だけ、変えるからである。当該偏向が、該音響光学変調器８８の水晶中の音響伝搬の方向と同じ方向、即ち、光ビーム接続素子８２から該音響光学変調器８８へ、さらに光結合素子９０を通じて第一光ファイバ９４へという光路である場合に、周波数変化は正となる。当該偏向が、該音響光学変調器８８の音響伝搬の方向と反対の方向、即ち、第一光ファイバ９４から音響光学変調器８８へ、さらに光ビーム接続素子８２へと戻る光路である場合に、周波数偏移は負となる。偏向されない光、例えば光ビーム接続素子８２から音響光学変調器８８へ、さらに第二結合素子９２、ひいては第二光ファイバ９６へと伝わる光など、は、周波数変化の影響を受けない。同様に、第二光ファイバ９６から第二結合素子９２、さらに音響光学変調器８８を通じ、スペクトグラフ又は光フィルタなどの波長選択的装置９８へ、そして検出子１００へと戻る光路を進む光もやはり、周波数に左右されない。しかし、一方の方向では偏向されるが他方の方向では偏向されない光は、音響光学変調器８８から第一結合素子９０へ、そして第一光ファイバ９４を通じ、第二光ファイバ９６（集合的ファイバとして）から第二結合素子９２へと該音響光学変調器８８を通じて戻る光路では正、又は、音響光学変調器８８から第二結合素子９２へ、そして第二光ファイバ９６を通じ、脆弱性プラークの反射から第一光ファイバ９４を通じて第一結合素子９０へ、そして音響光学変調器８８を通じて戻る光路では負、となる実効偏移を、周波数に有するであろう。第二光ファイバ９６で送達及び集光の両方ともがなされる光では、脆弱性プラーク検査部位への送達時にも、又は、脆弱性プラーク検査部位からの集光時にも、周波数偏移が起きない。第一光ファイバ９４により検査部位へ送達され、検査部位から集光される光は、検査部位への光送達時には正の偏移を獲得し、そして検査部位からの集光路では負の偏移を獲得するため、実効偏移はゼロとなる。回転光結合器���６並びに光ファイバ９４及び９６や、第一及び第二結合素子９０及び９２は相互に固定されており、従って、光ビーム接続部材８２及び回転光結合器８６間に通信される光ビーム「Ｂ」の軸に相当する回転軸「Ｐ」の周りに角度速「Ｗ」で、カテーテル８４内を相互に対応しながら回転する。この軸は、あらゆる回転位置で該音響光学変調器８８についてブラッグ条件が満たされるものである。こうしてカテーテル８４内を戻る光は、回転光結合器８６及び光ビーム接続素子８２を通じ、そして波長選択装置９８及び検出子１００を通じて案内されて、その光信号が電気信号に変換される。該光ビーム接続部材８２はまた、例えばサーキュレータ又は広域ビームスプリッタであるかのように、波長非感受性でもよい。光ビーム接続部材８２がサーキュレータであるこの実施態様の場合、本システムの効率は最も大きくなると思われ、なぜなら、広域ビームスプリッタは、反射及び透過が等しいような場合にはほぼ２５％の効率しか上げないと思われるからである。さらに光ビーム接続素子８２は波長感受性であってもよく、それによりカテーテル８４から戻る所望の信号に起きる周波数偏移を利用することができる。ここでの例は、ホログラフィック又は誘電性被覆ノッチ付鏡であろう。その望ましい性質は、入力した波長（周波数）が、戻ってくる時には周波数偏移した波長で伝えられる反射である。該音響光学変調器８８がもたらす周波数偏移はごく小さなものであるため、ノッチ付鏡には大変厳しい要件が求められる。現在では、ホログラフィー素子が誘電性被覆素子よりも好ましい。
【００２８】
光ビーム接続部材８２が波長非感受性である場合、戻って来る信号の波長を判別する手段が必要であり、波長選択装置９８で提供する。このような波長選択装置９８は周波数偏移した信号のみを許すものでなくてはならない。このような波長選択装置９８を、ホログラフィーフィルタ及び誘電フィルタ、ブラッグ・グレーチング、エタロン及びモノクロメータから構成してもよい。
【００２９】
光結合装置の更なる実施態様を図９に示す。この構成では、一対の偏光ビームスプリッタを用いて、光源１０２からの光をカテーテル１０４に優先的に指向し、カテーテル１０４から戻ってきた光を検出子１０６に指向する。回転結合のこの実施態様の素子には、以下のものが含まれる。偏光源１０２を第一偏光ビームスプリッタ１０８に向けるが、好ましくは該第一偏光ビームスプリッタ１０８を、光源の偏光が最大に伝達されるように配向する。次に光信号を回転光結合器１１０に進入させて、そこで第二偏光ビームスプリッタ１１２が光ビームを第一及び第二光ファイバ１１４及び１１６に、光素子１１８、１２０、１２２及び１２４の構成を通じて指向する。カテーテル１０４から戻ってくる光ビームは該回転光結合器１１０を通り、第一偏光ビームスプリッタ１０８で反射されて検出子１０６に向かう。光結合器１１０及び回転するカテーテル素子（光ファイバ１１４及び１１６並びにビームスプリッタ１１２を含む）は相互に固定されており、角速度「ｗ」で回転する。偏光ビームスプリッタ１０８及び１１２を結ぶ光ビーム「Ｄ」は回転軸を規定する。
【００３０】
このデザインでは、図９に例示される態様で、光ファイバ１１４又は１１６の一方を組織試料（即ち脆弱性プラーク）に向かって伝わり、他方の光ファイバ１１６又は１１４を戻った光を優先的に検出する。光源１０２は平面ｐ（本紙の平面）上で偏光され、第一偏光ビームスプリッタ１０８は、このｐ偏光が最大に伝えられるように構成される。第二偏光ビームスプリッタ１１２も、図９に示すように、ｐ偏光がやはり最大に伝えられ、光素子１１８及び１２０を通じて第一光ファイバ１１４に送られるように構成される。光は組織試料により鏡面反射し、第一光ファイバ１１４内に戻ることでそのｐ偏光を保ち、偏光ビームスプリッタ１１２及び１０８により伝送されることとなる。多重散乱し、第二光ファイバ１１６の遠位端で集光された光は偏光され、従って有意なｓ偏光成分を有することとなる。このｓ偏光成分は第一及び第二偏光ビームスプリッタ１０８及び１１２で反射された後、信号検出子１０６に向けられて、そこでこの光は電気信号に変換されることとなる。第二光ファイバ１１６によりその遠位の集光装置から戻されたｐ成分は第二偏光ビームスプリッタ１１２により伝送され、従って信号検出子１０６には達しない。回転光結合器１１０及び回転するカテーテル素子が、図示するものから９０度の角度位置にあるときは、第一及び第二光ファイバ１１４及び１１６の役割は逆転する。即ち、第二ファイバ１１６は送達ファイバとして働き、そして第一光ファイバ１１４は集光ファイバとして働く。図で示すゼロ乃至９０度の間の角度位置では、第一及び第二光ファイバ１１４及び１１６は送達手段及び集光手段の両方として働くが、この設定でもやはり、ｐ偏光が入力された場合と、Ｓ偏光が出力された場合という、光が異なる光ファイバ１１４及び１１６並びに組織試料の間を伝わることで脱偏光された場合（多重散乱）にのみ起き得るプロセスが判別される。この装置は偏光に依拠しているため、偏光を維持する光ファイバを１１４及び１１６で用いることが必要である。
【００３１】
本発明のカテーテルを基にした光学システム１０のための光結合器の構成のさらに別の実施態様を図１０に示す。図１０では、入力されるビーム及び出力されるビームは、その静止部分と回転部分との間の接合部に渡っては共直線上にない。光源１３０からの光ビームは第一及び第二くさび形送達プリズム１３２及び１３４によって偏向されて、第一光送達ファイバ１３６に、光ファイバ結合素子１３８により結合される。カテーテル１４０の遠位端（明確には図示せず）で検査中の身体部位で反射してカテーテル１４０を通じて戻る光は、集光ファイバ１４６で集光かつ透過した後に、くさび形集光プリズム１４２及び１４４により偏向される。次に光ビーム「Ｚ」は信号検出子１４８に向けられる。該くさび型プリズム１４２及び１４４はそれぞれ、透明な窓１５６及び１５８上に取り付けられ、これら窓１５６及び１５８は回転取付台１６０上に取り付けられる。光ファイバ結合素子１３８及び１５０（即ちレンズ／鏡の装置）が回転取付台１５２上に構成される。回転取付台１５２及び１６０並びに回転する光ファイバ１３６及び１４６並びにそれらの光ファイバ結合素子１３８及び１５０はすべて、相互に固定されており、角速度「ｗ」で回転する。回転軸「Ｔ」は点線１７０で規定される。この特定の実施態様の光結合装置では、光源１３０及び信号検出子１４８の位置を交換することで、光ビームの方向を逆転させてもよい。「逆転路」の構成では、第二送達プリズム１３４を信号検出子１４８に替えて、回転取付台１６０を通じた戻り光路をなくしてもよい。これらの光結合装置はすべて、単一モードファイバを結合するのに求められる、静止から回転への移行の大きな精度にとって適している。なぜなら、当該の移行が光学軸周りで回転的に対称になっているためであり、重要な位置合わせにとっての自由度が少なく、単一モードファイバの場合の損失が大変少なく（0.1 dB程度）なるような接合部の設計が可能だからである。単一双方向光チャンネルを、一方の方向（送達）で伝わる光を別の方向（集光）で伝わる光から判別する手段に接続された静止−回転間のインターフェースで用いることは、従来技術では不可能だった特徴である。
【００３２】
図１１に示した光ファイバ列は、明確には図示しないが、カテーテル鞘内にそれぞれ構成可能な、独立した光送達ファイバ１８０及び独立した集光ファイバ１８２を斜視図で示す。再指向子１８４又は１８６を、各ファイバ１８０又は１８２の遠位端に長手方向で隣接して配置した状態で示す。再指向子１８４及び１８６は、例えば図１２で最も良く見られるように、反射光路で測定したときに相互に角度「Ｑ」の位置に配置された鏡素子であってもよい。光ファイバ１８０及び１８２並びに再指向子１８４及び１８６は、明確には図示しないが、カテーテル内で軸「Ｐ」周りに共同で回転可能であってもよい。この回転により、血管又は構造体であってもよい媒質中の微粒子を周囲方向でスキャンニング及び分析することが可能である。
【００３３】
このように、間隔を置いた複数の光送達ファイバ列及び集光ファイバ列を用いた、回折されたいくつかの光結合器及び撮像システムでは、例えば、哺乳動物の組織分析、化学分析を含め、懸濁した媒質とは幾分異なる粒子や、懸濁液中の微粒子物質を、ある一定の範囲で光学的に撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の目的及び長所は、以下の図面を参照して考察されると、より明白となるであろう。以下の図面において：
【図１】図１は、血管内のカテーテルを一部ブロック図で、そして一部側面断面図で示した図である。
【図２】図２は、その更なる実施態様を示した、図１と同様の図である。
【図３】図３は、カテーテル鞘の遠位端に配置された光再指向子の拡大図である。
【図４】図４は、図３に示した光再指向子の実施態様の更なる図である。
【図５】図５は、本カテーテル・アセンブリの送達及び集光ファイバ列の更なる実施態様の側面図である。
【図６】図６は、光ファイバ列の更なる実施態様を示した、図１と同様の図である。
【図７】図７は、図６に示した光ファイバ列の横断面図である。
【図８】図８は、本システムの構成要素を示した、更なる実施態様の光結合器を備えたカテーテルを一部ブロック図で、そして一部断面図で示した図である。
【図９】図９は、本システムの構成要素を示した、更に別の実施態様の光結合器を備えたカテーテルを一部ブロック図で、そして一部断面図で示した図である。
【図１０】図１０は、本システムの構成要素を示した、更にまた別の実施態様の光結合器を備えたカテーテルを一部ブロック図で、そして一部断面図で示した図である。
【図１１】図１１は、互いに角度上分離された個別の光ファイバの透視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した個々の光ファイバ及び再指向子の端面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004538448.tif 000054
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004538448.tif 000055
2004538448.tif 000056
【国際調査報告】
2004538448.tif 000057