(57)【要約】  カテーテルは、このカテーテルに沿って分配される少なくとも２つの光学センサを含み、各々の光学センサは、光学センサが挿入される細長い体積の内表面上に少なくとも１つの光のパターンを前記カテーテルに対する半径方向の投影角度で投影する光パターン発生器、及び前記光学センサの長さに沿って実質的に位置合わせされる撮像装置であり、前記細長い体積の内表面上にある前記少なくとも１つの光のパターンを観察する撮像装置を有する。
2017517298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光学センサを有するカテーテルにおいて、
前記光学センサは、前記カテーテルに沿って分配され、前記光学センサは、前記カテーテルがその内部に置かれる細長い体積の異なる断面を観察し、各々の前記光学センサは、前記カテーテルの方向に平行な又は前記カテーテルの方向に対し４５°未満の角度の方向に沿ったセンサの長さを持ち、各々の前記光学センサは、
前記カテーテルが挿入される前記細長い体積の内表面上に、前記カテーテルの長さに対する半径方向の投影角度で少なくとも１つの光の出力を投影する光発生器、及び
前記カテーテルの長さに実質的に平行な又は前記カテーテルの長さに対し４５°未満の角度である中心軸を備える視野を持つ撮像装置であり、前記細長い体積の前記内表面上にある前記少なくとも１つの光の出力を観察する撮像装置
を有するカテーテル。
【請求項２】
前記光発生器は、光のパターンの形式の光の出力を発生させ、それにより前記撮像装置の画像が前記細長い体積の内表面上にある前記光のパターンまでの距離の測定を実施するのに使用されることを可能にする光パターン発生器を有する、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項３】
前記光パターン発生器は、前記カテーテルの方向に平行な方向に光ビームを発生させる光源、及び前記カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角に少なくとも１つの前記光のパターンを発生させるために、前記光ビームの方向を変える光リダイレクト要素を有する、請求項２に記載のカテーテル。
【請求項４】
使用中、
前記光パターン発生器の光ビームは、前記カテーテルの中心軸に位置合わせされる、及び前記撮像装置は、前記カテーテルの中心軸と位置合わせされる中心軸を備える視野を持つ、又は
前記光パターン発生器の光ビームは、前記カテーテルの中心軸からオフセットされる、及び前記撮像装置は、前記カテーテルの中心軸と位置合わせされる中心軸を備える視野を持つ
請求項３に記載のカテーテル。
【請求項５】
各々の前記光学センサの前記光パターン発生器は、前記カテーテルの長さに沿って実質的に位置合わせされる光ビームを供給するレンズを有する、請求項３又は４に記載のカテーテル。
【請求項６】
各々の前記光パターン発生器の前記光リダイレクト要素は、
−前記カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角な前記少なくとも１つの光のパターンをリングの形式で発生させる単一の反射面角度を有する反射コーン、
−少なくとも２つの異なる反射面角度を持つ段のある反射形状を有する、及び前記カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角な前記少なくとも２つの光のパターンを少なくとも２つのリングの形式で発生させる反射コーン、
−可変の反射面角度を有する、及び前記カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角な分散する光のパターンを発生させる反射コーン、
−回折光学要素に基づいて、前記カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角な前記少なくとも１つの光のパターンを発生させる反射コーンの前又は後ろの何れかの前記光ビームの光路内にある回折光学要素、並びに
−全反射に基づいて光を反射するコーン
の少なくとも１つを有する、請求項３、４又は５に記載のカテーテル。
【請求項７】
各々の前記光学センサの前記撮像装置は、
主カテーテルの体積の側面及び外部に置かれ、前記光ビームの方向に沿って向けられるカメラ、
前記カテーテル内に置かれ、前記光ビームの方向に沿って及び実質的に反対に向けられるカメラ、
前記カテーテル内に置かれ、前記光ビームの方向に沿って及び実質的に反対に向けられるカメラ及び光リダイレクト要素であり、前記光リダイレクト要素は、軸方向の視野の方向から半径方向の視野の方向に前記カメラの視野の少なくとも一部の方向を変える、カメラ及び光リダイレクト要素
の少なくとも１つを有する、請求項５又は６に記載のカテーテル。
【請求項８】
各々の前記光学センサの前記撮像装置は、前記カメラ及び前記光リダイレクト要素を有し、前記撮像装置の前記光リダイレクト要素は、
−軸方向の視野の方向から半径方向の視野の方向に前記カメラの視野の少なくとも一部を反射する単一の反射面角度を有する反射コーン、
−少なくとも２つの異なる反射面角度を持つ段のある反射形状を有する、並びに軸方向の視野の方向から第１の範囲の半径方向の視野の方向に前記カメラの視野の第１の範囲を、及び軸方向の視野の方向から前記第１の範囲の半径方向の視野の方向とは連続していない第２の範囲の半径方向の視野の方向に前記カメラの視野の第２の範囲を反射する反射コーン、
−可変の反射面角度を有する、及び前記カメラの視野よりも大きいセンサの視野の範囲を生成する反射コーン、又は
−可変の反射面角度を有する、及び前記カメラの視野よりも小さいセンサの視野の範囲を生成する反射コーン
の少なくとも１つを有する、請求項７に記載のカテーテル。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光発生器及び前記撮像装置を支援する、並びに前記光学センサの光発生器から前記細長い体積の内表面に少なくとも１つの光の出力を伝達することをさらに可能にする透明な細管をさらに有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１０】
少なくとも１つの透明なロッドをさらに有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のカテーテルにおいて、前記少なくとも１つの透明なロッドは、
−光ガイドを収容する、及び前記カテーテルの長さに沿って実質的に位置合わせされる光ビームを供給するレンズとして動作するレンズの穴若しくは空洞、
−前記少なくとも１つの光のパターンを生成するために前記光ビームを反射する光パターン発生器の穴若しくは空洞、
−軸方向の視野の方向から半径方向の視野の方向に前記撮像装置の視野の少なくとも一部を反射する視野の穴若しくは空洞、又は
−前記撮像装置を収容する撮像装置の穴若しくは空洞
の少なくとも１つを有する、カテーテル。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの透明なロッドは、
−前記レンズの穴若しくは空洞及び前記光パターン発生器の穴若しくは空洞を有する第１の透明なロッド、
−前記視野の穴若しくは空洞及び前記撮像装置の穴若しくは空洞を有する第２の透明なロッドであり、前記第１の透明なロッドと前記第２の透明なロッドとは一緒に取り付けられている、第２の透明なロッド
を有する請求項１０に記載のカテーテル。
【請求項１２】
前記光発生器と前記撮像装置との間の光学的距離が規定の長さであるような硬質部材を有する請求項１乃至１１の何れか一項に記載のカテーテル。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のカテーテル、及び
前記細長い体積の内表面上にある前記光のパターンまでの距離の測定を実施するために、前記撮像装置により撮られた画像を処理する処理器
を有するカテーテルシステム。
【請求項１４】
前記光発生器は、前記撮像装置の一体化される部分であり、前記カテーテルが挿入される前記細長い体積の内表面を照明するのに十分な半径方向の範囲を持つパターン化されない光の出力を発生させ、前記撮像装置は、前記カテーテルが挿入される前記細長い体積の前記照明される内表面から直接光を受け取るのに十分な受光角度を持つ視野を持つ、請求項１に記載のカテーテル。
【請求項１５】
第１及び第２の光学センサは互いに向かい合っている、請求項１４に記載のカテーテル。
【請求項１６】
カテーテルに沿って分配される少なくとも２つの光学センサから画像を得るための撮像方法において、前記光学センサは、前記カテーテルがその内部に置かれる細長い体積の異なる断面を観察し、各々の前記光学センサは、前記カテーテルの方向に平行な又は前記カテーテルの方向に対し４５°未満の角度の方向に沿ったセンサの長さを持ち、前記方法は、各々の前記光学センサに対し、
前記カテーテルが挿入される前記細長い体積の内表面上に、半径方向の投影角度で少なくとも１つの光の出力を投影するステップ、及び
前記カテーテルの長さに実質的に平行な又は前記カテーテルの長さに対し４５°未満の角度の中心軸を備える視野を持つ撮像装置により、前記細長い体積の内表面上にある前記少なくとも１つの光の出力を観察するステップ
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサを含むカテーテルに関するが、特に眠っているユーザの上気道の形状を監視するための光学センサを持つ上気道カテーテルに限定しない。
【背景技術】
【０００２】
睡眠中の呼吸器疾患は、重大な臨床的結果を伴う共通する問題と認識されている。閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）は、気流の断続的な停止を引き起こす。これらの閉塞性の発作が起こるとき、罹患する患者は、一時的に目覚める。これらの目覚めの出現は一般に、一晩に１０回から６０回生じるので、睡眠の断片化は、過剰な日中の眠気をもたらす。ＯＳＡを患う患者の何人かは、１時間当たり１００回を越える一時的な目覚めの出現を経験していることが知られている。ＯＳＡは、心疾患及び肺疾患にもつながる。
【０００３】
睡眠中に気道を維持することを目的とする様々な手法が知られている。軟口蓋、顎又は舌の位置を変えることを目的とする口腔手法が利用可能であるが、患者の不快さがそれらの使用を制限している。持続性気道陽圧（ＣＰＡＰ）は、ＯＳＡに対する第１選択の治療としてしばしば使用されている。これらの装置は、気流を僅かに高い圧力で生じさせ、気道内の空気陽圧を維持するように働くシールドマスク(sealed mask)を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
今日では、より多くの代替案が利用可能となっているので、気道陽圧（ＰＡＰ）以外の治療が望ましい閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）の患者群が増えている。ＰＡＰとは異なり、ＯＳＡのマルチレベルの病態生理のために、これらの代替案は万能ではない。最適な臨床結果を保証するためにユーザ選択が必要とされる。
【０００５】
薬物睡眠下内視鏡（ＤＩＳＥ）は、患者及び治療選択にとって最良な方法であると唱えられる一方、欧州、さらには米国における多くの耳鼻咽喉科（ＥＮＴ）の医師は、関連するコスト（高価な臨床セッティング及び必要なスタッフ）並びに知覚リスク（無呼吸患者の鎮静状態）を理由に、ＤＩＳＥを使用していない。その上、ＤＩＳＥは、自然な睡眠を表しているとは考えられず、故に、観測される崩壊パターンは、自然な睡眠中の特定の患者に対するＯＳＡの実際の病態生理を反映していない。今のところ、患者のＯＳＡの治療の代替案を最も上手く選択する方法に関する意見の一致はない。圧力カテーテルは、ＤＩＳＥに関連する制限の幾つかを克服するように試みられているが、上気道マノメトリー(manometry)は、それが単に崩壊位置を特定するが、上気道の閉塞の形状及び深刻さに関する如何なる情報も提供しないので、同様に欠点を有する。上気道マノメトリーもまた事象が起きても視覚的な確認を提供しない。光学センサ及び内視鏡は、気道を定量化するための概念として提案されている。光学内視鏡の例は、Muller他著、"Noncontact three-dimensional laser measuring device for tracheoscopy", Annals of Otology, Rhinology and Laryngology, Vol.111 No.9 pp. 821-827(September 2002)及びDorffel他著、"A new bronchoscopic method to measure airway size" European Respiratory Journal, Vol.14 pp. 783-788(1999)から理解されるが、記載される走査手法は、上気道の完全な画像を決定するために、この上気道を通るカテーテルの並進を必要とするという意味では、一般に扱いにくい。これは、上気道全体の動的情報が失われていることを含意している。その上、連続する臨床的監視を行わずに長期にわたる上気道の観察は難しい。さらに、一般的な光学カテーテルは、良くても実質的な断面領域を監視する能力を大幅に制限している視野を持つ光学センサを持ち、故に光学カテーテルは、その事象を捕える又はその事象をかなり上手く捕えることができない方向に向けられているので、気道に起こっている事象の種類を外す又は誤った診断をする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、請求項により規定される。
【０００７】
本発明によれば、少なくとも２つのセンサを有するカテーテルを提供し、これらセンサは、カテーテルに沿って分配され、前記センサは、カテーテルがその内部に置かれる細長い体積の異なる断面を観察し、各々の光学センサは、カテーテルの方向に平行な又はカテーテルの方向に対し４５°未満の角度の方向に沿ったセンサの長さを持ち、各々の光学センサは、
カテーテルが挿入される細長い体積の内表面に、少なくとも１つの光の出力をカテーテルの長さに対する半径方向の投影角度(radial projection angle)で投影する光発生器、及び
カテーテルの長さに実質的に平行な又はカテーテルの長さに対し４５°未満の角度である中心軸を備える視野を持つ撮像装置であり、前記細長い体積の内表面上にある前記少なくとも１つの光の出力を観察する撮像装置
を有する。任意で、前記角度は、３０°未満又は２０°未満である。
【０００８】
このカテーテルは、カテーテルの長さに沿って多数の光学センサを有する。この光学センサは例えば、カテーテルに沿った細長い構造物でるため、この光学センサは、カテーテルの長さ方向に一致する又はこの長さ方向から僅かな量だけオフセットされている長軸方向を持つ。撮像装置の視野は、光学センサの長さ方向に実質的に平行な中心軸を持ち、光発生器は、光学センサの長さ方向に対する半径方向に光を投影する。
【０００９】
前記センサの軸及び撮像装置の視野の中心軸は、センサの長さ方向に正確に一致している。これは、前方照明及び前向きの撮像センサを規定し、撮像される面は、垂直なリングである。しかしながら、撮像される面は、カテーテルの長さに対し垂直ではないスライスであるように、意図的なオフセット角があってもよい。
【００１０】
光発生器は、光のパターンの形式の光の出力を発生させる、故に構造化した光源又は光パターン発生器として記載されてもよい。このパターンは例えば、カテーテルの方向に沿って少なくとも１つの狭い強度のピークを持つ。このピークは、全半径方向の周りに連続的（すなわち環状）でもよいし、又は前記半径方向の周りで不連続（すなわち一連のスポット）でもよい。前記強度は好ましくは、前記狭い強度のピークの両側はできる限りゼロに近くなるように落ち込む。
【００１１】
この装置は故に、カテーテルが１つの実質的な断面の領域又は部分的な断面よりも大きい前記体積（例えば上気道）内において静的である又は静止している間、カテーテルに測定を行うのに使用されることを可能にする、故に前記体積内においてカテーテル又は内視鏡を動かす必要が無く、前記体積のより現実的な解析を行うことを可能にする。前記装置は、カテーテル内で嵌合するコンパクトな光学設計を可能にする。
【００１２】
各々の光学センサは好ましくは、完全な断面の画像を受け取るように配されるので、画像が得られる各々の位置に１つだけ撮像センサが必要とされる。撮像装置は、前向き又は後ろ向きでもよく、これは撮像装置が撮像されるべき断面の側に局所的に設けられることを意味している。光学信号ではなく電気信号が多数のセンサからカテーテルに沿って送られることができる。
【００１３】
撮像装置の視野は、カテーテルの長さ軸から離れる入射角度の十分な範囲を持つので、前記細長い体積の内表面を含んでもよいし、或いは視野がより入射角度の狭い範囲を持つが、細長い体積の内表面からの光は、撮像装置の視野内に入れるために方向を変える（例えば反射）。撮像装置の中心軸は、何れの場合にもカテーテルと位置合わせされている（又はカテーテルの方向から僅かにオフセットしている）、これは、撮像装置がカテーテルの制限及び限定された空間内により簡単に嵌合することが可能であることを意味している。さらに、それは１つの撮像装置が全ての半径方向から一様に光を受け取れることも意味している。
【００１４】
光パターン発生器は、カテーテルの方向に平行な方向に光ビームを発生させるための光源及びカテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも１つの光のパターンを生成するために、前記光ビームの方向を変える光リダイレクト要素を有する。
【００１５】
光パターン発生器の光ビームは、カテーテルの中心軸と位置合わせされ、撮像装置はカテーテルの中心軸と位置合わせされた中心軸を備える視野を持つ。この場合、撮像装置及び光源は、カテーテル内において中心に位置決められる。
【００１６】
代わりに、光パターン発生器の光ビームがカテーテルの中心軸からオフセットされ、撮像装置は、カテーテルの中心軸と位置合わせされた中心軸を備える視野を持つ。この場合、光源は前記中心軸からオフセットされ、反射要素もそれに応じて前記中心軸からオフセットされる。これは、これら構成要素がよりコンパクトに配されることを可能にする。
【００１７】
光パターン発生器はさらに、カテーテルの長さに沿って実質的に位置合わせされた視準された又は部分的に視準された光ビームを提供するレンズ、及びカテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも１つの光のパターンを生成するために、前記光ビームを反射する反射要素を有する。
【００１８】
このような実施例において、前記センサの長さは、反射要素が軸方向の光のパターンを半径方向の光のパターンに変換されるので、短くすることができる。その上、このようなセンサは特に、半径方向の投影での前記少なくとも１つの光のパターンの発生がカテーテルの近位部又は遠位部がセンサの動作を陰にしないようにするので、カテーテル内で及び/又はカテーテルに沿って動作することが可能である。
【００１９】
光パターン発生器の反射要素は、カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも１つの光のパターンをリング形式で発生させる１つの反射面角度を有する反射コーンを有する。
【００２０】
このような実施例において、前記反射コーンは、軸方向の光のパターンを半径方向の光のパターンに変換し、ここで前記ビームは、細長い体積の内表面に反射されるリングのパターンを形成するために反射される。
【００２１】
前記反射要素は、少なくとも２つの異なる反射面角度を持つ段のある反射形状を有する及びカテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも２つの光のパターンを少なくとも２つのリング形式で発生させる反射コーンを有する。
【００２２】
そのような実施例において、段のある反射形状は、少なくとも２つの光のパターンを少なくとも２つのリング形式で発生させることにより、細長い体積の断面形状をより簡単に検出及び決定することを可能にする。
【００２３】
反射要素は、可変の反射面角度を有する及びカテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の分散する光のパターンを発生させる反射コーンを有する。
【００２４】
同様に、幾つかの実施例において、体積の断面形状の検出及び決定は、分散する光のパターンを発生させることにより支援される。
【００２５】
反射要素は、回折光学要素に基づいて、カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも１つの光のパターンを発生させる反射コーンの前又は後ろの何れかの光ビームの光路内に回折光学要素を有する。
【００２６】
そのような実施例において、回折光学要素は、より正確な断面の決定が行われることを可能にするより高度なパターン、例えば複数のリングの発生を可能にする。
【００２７】
反射要素は、回折光学要素に基づいて、カテーテルの長さに対し斜角及び/又は直角の少なくとも１つの光のパターンを発生させる光ビームの光路内に体積ホログラムを有する。
【００２８】
撮像装置は、カテーテルの側面及び外部に置かれ、光ビームの方向に沿って向けられるカメラを有する。
【００２９】
そのような実施例において、前記カメラは、前方（又は軸方向）の視野にある体積（気道）の壁上に投影される光のパターンの画像を取り込む。
【００３０】
撮像装置は、カテーテル内に置かれ、光ビームの方向に沿って及び実質的に反対に向けられるカメラを有する。
【００３１】
そのような実施例において、前記カメラは、前方（又は軸方向）の視野にある体積（気道）の壁上に投影される光のパターンの画像を取り込むが、半径方向における構成要素の"積み重なり"はないので、カテーテルのセンサの直径を減らすことが可能である。
【００３２】
撮像装置は、光学センサ内に置かれ、光ビームの方向に沿って及び実質的に反対に向けられるカメラ及び反射要素を有し、この反射要素は、軸方向の視野の方向から半径方向の視野の方向にカメラの視野の少なくとも一部を反射する。
【００３３】
撮像装置の反射要素は、軸方向の視野の方向から半径方向の視野の方向にカメラの視野の少なくとも一部を反射する１つの反射面角度を有する反射コーンを有する。
【００３４】
このような装置において、カメラは、センサの長さを減らすことを支援する横方向（又は半径方向）の視野にある体積（気道）の壁上に投影される光のパターンの画像を取り込む。
【００３５】
撮像装置の反射要素は、少なくとも２つの異なる反射面角を持つ段のある反射形状を有し、軸方向の視野の方向から第１の範囲の半径方向の視野の方向にカメラの視野の第１の範囲を及び軸方向の視野の方向から前記第１の範囲の半径方向の視野の方向とは連続ではない第２の範囲の半径方向の視野の方向にカメラの視野の第２の範囲を反射する反射コーンを有する。
【００３６】
そのような装置において、カメラは、センサの長さを減らすことを支援するが、カメラの重複する視野が如何なる誤った画像を決定することを支援する、横方向（又は半径方向）の視野において体積（気道）の壁上に投影される光のパターンの画像を取り込む。
【００３７】
撮像装置の反射要素は、可変の反射面角度を有し、カメラの視野よりも大きなセンサの視野の範囲を生成する反射コーンを有する。
【００３８】
そのような装置において、カメラは、本来のカメラにより提供されるよりも大きな被写域を持つ、体積（気道）の壁上に投影される光のパターンの画像を取り込む。
【００３９】
撮像装置の反射要素は、可変の反射面の角度を有し、カメラの視野よりも小さなセンサの視野の範囲を生成する反射コーンを有する。
【００４０】
そのような装置において、カメラは、本来のカメラにより提供されるよりも小さな被写域を持つが、覆われる範囲の画像がより高密度である、体積（気道）の内壁上に投影される光のパターンの画像を取り込む。
【００４１】
もう１つの例において、光発生器は、撮像装置の一体化される部分であり、カテーテルが挿入される細長い体積の内表面を照明するのに十分な半径方向の範囲を持つパターン化されない光の出力を発生させ、ここで撮像装置は、カテーテルが挿入される前記細長い体積の照明される内表面から直接光を受け取るのに十分な受光角度を持つ視野を持つ。
【００４２】
この設計は、導管の内表面を照明及び撮像することにより、構造化した光源の必要性を回避する。画像解析は次いで、所見を分析するのに使用される。第１及び第２の光学センサは、互いに向き合っている。これは、画像が共に近くで撮られることを意味している。
【００４３】
光学センサはさらに、光パターン発生器及び撮像装置を支援する、並びに光学センサから前記体積の内表面に少なくとも１つの光のパターンの伝達をさらに可能にする透明な細管(capillary)を有する。
【００４４】
そのような実施例において、透明な細管は、前記光パターン発生器及び撮像装置を支援及び機械的な損傷から守り、さらにセンサの簡単な掃除を可能にする。
【００４５】
光学センサはさらに、少なくとも１つの透明なロッドを有し、この少なくとも１つの透明なロッドは、光ガイドを収容し、カテーテルの長さに沿って実質的に位置合わせされる光ビームを発生させるためのレンズとして動作するレンズの穴若しくは空洞、少なくとも１つの光のパターンを発生させるために前記光ビームを反射する光パターン発生器の穴若しくは空洞、撮像装置の視野の少なくとも一部を軸方向の視野の方向から半径方向の視野に反射する視野の穴若しくは空洞、又は撮像装置を収容するための撮像装置の穴若しくは空洞の少なくとも１つを有する。
【００４６】
従って、そのような実施例において、透明なロッドは、前記光パターン発生器及び撮像装置を支援及び機械的な損傷から守り、さらにセンサの簡単な掃除を可能にして、その上、光学的な境界面の数を減らす及び故に撮像装置により取り込まれる寄生反射の数も減らす構造を提供する。
【００４７】
少なくとも１つの透明なロッドは、レンズの穴若しくは空洞及び光パターン発生器の穴若しくは空洞を有する第１の透明なロッド、視野の穴若しくは空洞及び撮像装置の穴若しくは空洞を有する第２の透明なロッドを有し、第１の透明なロッド及び第２の透明なロッドは一緒に取り付けられる。第１の透明なロッド及び第２の透明なロッドは接着剤により繋ぎ合わされる。
【００４８】
幾つかの実施例において、この装置は、前記ロッドを一緒に接着する前に、２つの透明なロッドの端部において光パターン発生器の穴若しくは空洞及び視野の穴若しくは空洞を形成することにより、これら光パターン発生器の穴若しくは空洞及び視野の穴若しくは空洞の簡単な構築を可能にする。
【００４９】
光学センサは、光パターン発生器と撮像装置との間の光学的距離が規定の長さであるような硬質部材でもよい。
【００５０】
そのように、光パターン発生器と撮像装置との間にある一定の光学的距離は、断面の距離の決定が簡単な幾何学的決定を使用して行われることを可能にする。
【００５１】
光学センサはさらに、少なくとも１つの導管を有し、この導管はさらに、前記センサ内に、少なくとも１つの他の光学センサのための少なくとも１つの光ガイドを置くように構成される。
【００５２】
そのように、前記センサは、他のセンサと共に配され、カテーテルの装置の遠位端に置かれるセンサに光源を備える。
【００５３】
光学センサはさらに、少なくとも１つの光源を有し、この少なくとも１つの光源は、レンズと光学結合されている。
【００５４】
少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの発光ダイオード、少なくとも１つのレーザーダイオード、少なくとも１つのＶＥＣＳＥＬ(vertical-external-cavity surface-emitting-laser)の少なくとも１つを有する。
【００５５】
光学センサはさらに、少なくとも１つの導管を有し、この導管はさらに、前記センサ内に、少なくとも１つの他のカテーテルのセンサからの少なくとも１つの撮像装置の出力部を置くように構成される。
【００５６】
そのように、前記センサは、他のセンサと共に配され、カテーテルの装置の遠位端に置かれるセンサからのデータ通路を備える。
【００５７】
カテーテルは、本明細書に記載されるような少なくとも２つの光学センサを有し、これら少なくとも２つの光学センサは、カテーテルに沿って離間して分配され、少なくとも２つの光学センサは、カテーテルがその内部に置かれる体積の異なる実質的な断面を観察する。
【００５８】
第２の態様によれば、カテーテルに沿って分配される少なくとも２つの光学センサから画像を得るための撮像方法を提供し、これらセンサは、カテーテルがその内部に置かれる細長い体積の異なる断面を観察し、各々の光学センサは、カテーテルの方向に対し平行な又はその方向に対し４５°未満の角度の方向に沿ったセンサの長さを持つ。この方法は、各光学センサに対し、
カテーテルが挿入される体積の内表面上に、半径方向の投影角度で少なくとも１つの光の出力を投影するステップ、及び
前記カテーテルの長さに実質的に平行な又はその長さに対し４５°未満の角度である中心軸を備える視野を持つ撮像装置によって、前記細長い体積の内表面上にある少なくとも１つの光の出力を観察するステップ
を有する。
【００５９】
任意で、前記角度は、３０°未満である又は２０°未満である。
【００６０】
少なくとも１つの光の出力を投影するステップは、前記センサの長さに沿って実質的に位置合わせされる光の出力を発生させ、前記センサの長さに対し斜角及び/又は直角の前記少なくとも１つの光の出力を発生させるために、光ビームを反射するステップを有する。
【００６１】
カテーテルは、透明な細管を含んでいる。
【００６２】
前記少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの発光ダイオード、少なくとも１つのレーザーダイオード、少なくとも１つのＶＥＣＳＥＬの少なくとも１つを有する。
【００６３】
導管は光学センサ内に又はセンサ上に設けられ、この導管は、少なくとも１つの他の光学センサのための少なくとも１つの光ガイド及び少なくとも１つのカテーテルのセンサからの少なくとも１つの撮像装置の出力部の少なくとも１つを置いている。
【００６４】
前記体積は、上気道の体積である。
【００６５】
前記体積内にある診断上関心のある実質的な断面は、軟口蓋、中咽頭、舌根及び喉頭蓋である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】一般的な上気道及び例示的な断面を示す。
【図２】幾つかの実施例に従う上気道カテーテルの第１の例を示す。
【図３】幾つかの実施例に従う上気道カテーテルの第１の例の詳細を示す。
【図４】幾つかの実施例に従う図２及び図３に示されるような上気道カテーテルのセンサ形状の第１の例を示す。
【図５】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテル及びデータ処理ユニットを含む上気道監視システムを示す。
【図６】図５に示される上気道監視システムにより監視される崩壊事象の例を示す。
【図７】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテルに実装されるような例示的な超音波センサを示す。
【図８】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテルに実装されるような第１の例示的な光学センサを示す。
【図９】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテルに実装されるような第２の例示的な光学センサを示す。
【図１０】軸方向の照明パターンを半径方向の照明パターンに変換する代替方法を示す。
【図１１】図９に示される第２の例示的な光学センサに基づく例示的な断面寸法の決定を示す。
【図１２】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテルに実装されるような第３の例示的な光学センサを示す。
【図１３】図１１に示されるような第３の例示的な光学センサにおいて実施するのに適した２つの例示的な視野の反射を示す。
【図１４】幾つかの実施例に従う図２から図４に示されるような上気道カテーテルに実装されるような第４の例示的な光学センサを示す。
【図１５】幾つかの実施例に従う図８から図１４に示されるような例示的な光学センサにおいて実施するのに適した光のパターンの例を示す。
【図１６】幾つかの実施例に従う図８から図１４に示されるような例示的な光学センサにおいて実施するのに適した湾曲した形状の反射要素の例を示す。
【図１７】幾つかの実施例に従う図８から図１４に示されるような例示的な光学センサにおいて実施するのに適した段のある形状の反射要素の例を示す。
【図１８】本発明の幾つかの実施例に従う上気道カテーテルに実装されるような第５の例示的な光学センサを示す。
【図１９】幾つかの実施例に従う上気道カテーテルのセンサ形状の第２の例を示す。
【図２０】幾つかの実施例に従う上気道カテーテルのセンサ形状の第３の例を示す。
【図２１】光学センサの第６の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明の例は、付随する図面を参照して詳細に説明される。
【００６８】
本明細書の記載において具現化される概念は、自然な睡眠中の気道の形状の変化を測定するために、患者の上気道内に置かれ得る柔軟な又は半柔軟なカテーテルに利用される光学センサである。このカテーテルは、カテーテルに沿って離間して分配される少なくとも２つのセンサを有し、これらセンサは、カテーテルがその内部に挿入され、幾つかの実施例において気道の局所断面である、異なる実質的な体積の断面を測定又は観察する。幾つかの実施例において、これらセンサの位置は、鍵となる解剖学的部位又は診断上関心のある位置と位置合わせされてもよい（例えば、カテーテルが挿入されるとき、これらセンサが軟口蓋（Ｖ）、中咽頭（Ｏ）、舌根（Ｔ）及び喉頭蓋（Ｅ）と位置合わせされる）。幾つかの実施例において、前記センサの数及び間隔は、これらの鍵となる解剖学的部位の各々における気道の断面の測定値を直接測定又は決定することが可能であるような数及び間隔である。幾つかの実施例において、前記センサの数及び間隔は、鍵となる解剖学的部位がセンサ間に発生しているこれらの鍵となる解剖学的部における気道の断面を補間することが可能であるような数及び間隔である。断面の変化から、データ処理ユニットは、狭窄のパーセンテージ及び/又は狭窄の形状（例えば、この狭窄は、前後方向の狭窄、横方向の狭窄である又は環状若しくは半径方向の狭窄である）のような鍵となる生理学的パラメタを計算する。幾つかの実施例において、データ処理ユニットは一晩中の測定のデータを使用可能な形式でＥＮＴスペシャリストに示すユーザインタフェース（ＵＩ）を有する。例えば、幾つかの実施例において、前記ＵＩは、ＶＯＴＥのような容認される上気道の分類方法を生じさせる又は記録された鍵となる事象を再生する。幾つかの実施例において、前記システムは、他のセンサ（例えば体位、酸素飽和度、睡眠段階）と一体化されてもよいし、又は幾つかの実施例において、終夜睡眠ポリグラフィー検査（ＰＳＧ）の調査中に使用されてもよい。そのようにして、前記システムは、例えば閉塞パターンの睡眠段階／位置への依存、又はどの崩壊パターンが最も強い酸素飽和度の低下を引き起こすかのような、気道の形状と睡眠のパラメタとの間の相関関係を提供する。幾つかの実施例において、個々のセンサは、以下に説明されるような気道の断面を測定するための光学（パターン化した光）センサ又は超音波センサである。実質的な断面は、挿入される体積の断面の大部分が観測される断面である。例えば、幾つかの実施例において、実質的な断面は、１８０°（又はπラジアン）より大きい断面が観察される断面である。従って、３６０°（若しくは２πラジアン）の全断面又は２７０°から３６０°（若しくは３／２πラジアンから２πラジアン）の間の略全断面の観察が本明細書に記載される実施例にとっての目標である。実質的な断面は、実質的な断面の被写域の観察を提供することを意味することに限定されるだけでなく、断面の観察の実質的な範囲を提供することを意味することも含んでいると理解されると理解されたい。断面は、体積に沿って伸びるので、断面は細線だけではない。
【００６９】
言い換えると、幾つかの実施例において、観察は体積の内壁上にある実質的に連続する（光の）リングのパターンを観察することの１つのである。このような実施例において、実質的な断面の被写域及び範囲は、前記観察によって直接提供される。しかしながら、幾つかの実施例において、実質的な断面の範囲は実質的に連続するセンサにより観察される断続的な（光の）リングのパターン、不連続のセンサ若しくはセンサアレイにより観察される実質的に連続する（光の）リングのパターン、又は不連続のセンサ若しくはセンサアレイにより観察されるが、実質的な断面の範囲を提供する断続的な（光の）リングのパターンにより達成される。このような実施例において、実質的な被写域は、補間により生成又は決定される。例えば、幾つかの実施例において、観測される被写域にある間隙が小さい及び/又は定期的に分布されている場合、これらの値は簡単に"充填"又は補間されることができる。
【００７０】
さらに、光学及び/又は他のセンサは、この投影されるリングだけを十二分に観察又は視覚化することができると理解されたい。例えば、これらセンサは、気道の内壁の表面に関するより多くの情報を提供するために、前記実質的な断面を観察することができる。例えば、１つのリングを観察する光学センサは、一次元の"ビュー"、言い換えるとリングの画像のみを提供する一方、幾つかの実施例において、このセンサは、実質的な断面を備える二次元の"ビュー"又は領域の"ビュー"を提供することができる。例えばこれは、隣接するリングのアレイにより、及びこれらリングの間にある空間を補間することにより、又は実質的な断面の範囲の二次元の領域を観察若しくは撮像する光学センサ又は他のセンサ（例えば超音波センサ）により提供される。
【００７１】
その上、本明細書に記載される実施例において、センサ及び特に本明細書に記載される光学センサは、カテーテル内に及びカテーテルに沿って置かれる。光学センサそれ自体は、光学センサが挿入される細長い体積の内表面上に、（局所的な）カテーテルの長さ方向に対する半径方向の投影角度で少なくとも１つの光のパターンを（光パターン発生器により）発生又は投影する。半径方向の投影角度は、場合によっては前記局所的なカテーテルの長さ方向に対して直角であるが、この局所的なカテーテルの長さ方向に対して如何なる適切な斜角でもよく、好ましくは、前記カテーテルの長さ方向及び故にセンサの長さ方向の垂線を中心とする直角の領域内にある角度でもよい。
【００７２】
図１に関して、例示的な患者の上気道がこの上気道内の指定された位置における一般的な断面と共に示される。患者１は、例えば食道３、下咽頭（又は喉頭咽頭若しくは咽頭蓋）５、中咽頭（又は舌根）７、口蓋帆咽頭９、近位鼻咽頭１１及び鼻腔１３のような位置の断面と共に示される。この例示的な断面における前後方向は垂直方向であり、横方向は水平方向である。
【００７３】
その上、図２に関して、幾つかの実施例に従う位置にある上気道カテーテル１０３の第１の例（言い換えると患者への挿入に従うカテーテル１０３）が示される。幾つかの実施例において、カテーテル１０３は、患者１の鼻を介して、尾側が食道でつかえるまで挿入される。この挿入は、夕方に若しくは昼間に眠る前に訓練を受けた看護師又はＥＮＴスペシャリストにより行われる。
【００７４】
図２はさらに、帆(velum)（又は軟口蓋）９、中咽頭７、舌根６及び咽頭蓋５の規定の位置におけるカテーテル１０３を用いて測定される断面の例を示す。この例示的な断面における前後方向は垂直方向であり、横方向は水平方向である。
【００７５】
カテーテル１０３は、上気道内の規定の構造物又は位置における（又はその近で）上気道の断面を測定する多数のセンサ１０４を有する。幾つかの実施例において、観察及び監視されるべきこれらの構造物又は位置は、帆（又は軟口蓋）５、中咽頭７、舌根９及び咽頭蓋１１を有する。
【００７６】
カテーテル１０３は、カテーテル１０３の全長が移動する又は曲がることができるという点で柔軟である。しかしながら、幾つかの実施例において、カテーテル１０３のある部品又は部分が柔軟であり、それ以外の部品又は部分は硬質である又は柔軟ではないという点で半柔軟である、若しくはカテーテル１０３のある部分の幾つかの範囲が柔軟であり、幾つかの範囲が固定又は硬質であるという点で半柔軟であると理解される。
【００７７】
例えば、図３は、硬質のセンサ１０４の部品間に置かれる柔軟な非センサ部品１０５を有する例示的なカテーテル１０３を示す。カテーテルの硬質のセンサ１０４の部品は、このとき上気道の壁１００により規定される断面の形状１０７を決定する。
【００７８】
幾つかの実施例において、カテーテル１０３は、柔軟な部品１０５又は柔軟なカテーテル１０３が挿入中に能動的に方向付けられるという点で操舵可能である。幾つかの実施例において、カテーテル１０３は、上気道の壁１００との接触に応じて、カテーテルが曲がる又は湾曲するという点で挿入中、受動的に方向付けられる。
【００７９】
患者の不快を和らげるために、カテーテル１０３の直径は、５ｍｍ未満である及び直径３ｍｍ未満又は直径３ｍｍでもよい。
【００８０】
幾つかの実施例において、異なる気道の長さを持つ異なる患者のこれらの構造物を上手く監視するために、センサ１０４の位置が順応できる。このような実施例において、ＥＮＴスペシャリストは、前の測定値に基づいて各々の患者のカテーテル１０３を形成する。言い換えると、幾つかの実施例において、カテーテル１０３のセンサ１０４の間隔は、互いに対し調節されることができる。例えば、幾つかの実施例において、カテーテル１０３は、センサ１０４の相対位置を調節するために、センサ間に伸縮式又は調節可能な長さ部品又は部分を有する。幾つかの実施例において、センサ１０４自身がカテーテル１０３の本体上を移動可能でもよい。幾つかの実施例において、患者の上気道の長さに従って選択される様々な（例えば短い、中くらい及び長い）長さのカテーテル１０３でもよい。
【００８１】
図４に関して、幾つかの実施例に従う第１の例示的なカテーテル１０３の形状がさらに示される。ここに記載されるカテーテル１０３は、患者の上気道の帆９の領域内に置かれる第１又は帆センサ１０４９、患者の上気道の中咽頭７の領域内に置かれる第２又は中咽頭センサ１０４７、患者の上気道の舌根６の領域内に置かれる第３又は舌根センサ１０４６及び患者の上気道の下咽頭５の領域内に置かれる第４又は下咽頭センサ１０４５を有する。
【００８２】
図５に関して、カテーテル１０３を操作するのに適したカテーテル又は監視システム４００の例が示される。幾つかの実施例において、このカテーテルシステム４００は、例えば図２から図４に示されるようなカテーテル１０３を有し、このカテーテル１０３は、幾つかの実施例においてデータ処理ユニット（ＤａｔａＰＵ）４０１に及び幾つかの実施例においてインタフェース連結器４２１を介してデータ処理ユニット４０１内にあるインタフェース又は送受信機（Ｔｘ／Ｒｘ）４１３に接続される。データ処理ユニット４０１は、センサ１０４のデータを受信し、適切な断面の情報を決定又は生成する処理器４０３を有する。データ処理ユニット４０１はさらに、処理器４０３を操作する又は処理器４０３により実行するための命令、例えば断面の情報若しくは結果を決定するためにセンサのデータを処理するためのプログラム又は命令を記憶するプログラムメモリ４０７に分割される少なくとも１つのメモリ４０５を有する。幾つかの実施例において、この少なくとも１つのメモリ４０５はさらに、データ、例えば未処理のセンサのデータを記憶するデータメモリ４０９も有する。さらに、幾つかの実施例において、データメモリ４０８は、患者の睡眠期間中に処理器４０３により決定される断面の情報のような処理されたデータを記憶するために形成されてもよい。
【００８３】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１はユーザインタフェース（ＵＩ）４１１を有する。このユーザインタフェース４１１は、如何なる適切なユーザインタフェース、例えばシステムのユーザにデータの表示を可能にする及びユーザからのデータの入力も可能にするタッチ式スクリーンのディスプレイでもよい。幾つかの実施例において、ユーザインタフェース４１１は、別々のデータディスプレイ及びデータ入力手段を有してもよい。従って、例えば、データ処理ユニット４０１は、データを入力するためのキーボード／キーパッド及びデータをＥＮＴスペシャリストに表示するための表示スクリーンを有してもよい。
【００８４】
幾つかの実施例において、ユーザインタフェース４１１は、データ処理ユニット４０１内に記憶される、一晩中の測定のデータをＥＮＴスペシャリストに使用可能な様式で示す。例えば、幾つかの実施例において、ＵＩ４１１は、ＶＯＴＥのような容認される上気道の分類方法を生じさせる又は決定した（記録された）鍵となる事象を再生する。
【００８５】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１はさらに、他のセンサからデータを受信する。例えば幾つかの実施例において、データ処理ユニットは、例えば体位、酸素飽和度、睡眠段階のようなデータをセンサから入力する。この他のセンサのデータはさらに、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、例えば閉塞パターンの睡眠段階／位置への依存、又はどの崩壊パターンが最も強い酸素飽和度の低下の事象を引き起こすかのような、気道の形状と睡眠パラメタとの間の如何なる相関関係も決定及び/又は表示する。
【００８６】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１及びカテーテルを有するカテーテルシステム４００が終夜睡眠ポリグラフィー検査（ＰＳＧ）の調査中に使用されてもよい。
【００８７】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、センサ１０４からの断面の情報から、多数の臨床的関連パラメタを決定する。例えば幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、断面の領域を決定し、この断面の領域から、データ処理ユニット４０１はさらに、狭窄のパーセンテージを決定することができる。その上、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、上気道の崩壊事象の形状を決定する。例えば、この上気道の崩壊事象が主に前後方向（ＡＰ）、横方向又は円形の崩壊であるかである。
【００８８】
如何なる測定も自然の睡眠中に起こる事象を反映させるために、カテーテルは、これが患者の睡眠を悪くするので、外側から動かされないことが重要であることを理解されたい。しかしながら、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、挿入中、カテーテルが挿入されるにつれて気道の３Ｄ画像が取得される"走査"又は"挿入"モードで動作する。このような実施例における３Ｄ画像は、後続する一晩中の測定中に前記センサが気道内に置かれる場所に関する正確な情報を提供するのに使用される。さらに、カテーテルの位置は、（例えば患者の運動により）時間の経過と共に僅かに変化するので、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、前記センサのこのような転位を検出する及び幾つかの実施例において、これらの動きを補償する。
【００８９】
幾つかの実施例において、完全な気道の画像を決定するために、最初に一晩中の測定に必要とされるよりも深くにカテーテル１０３を挿入し、次いで、測定のためにカテーテル１０３を後退させることが必要である。その上、幾つかの実施例において、カテーテル１０３は、挿入及び測定操作中に挿入の深さの測定値を決定又は生成する。
【００９０】
データ処理ユニット４０１により決定及び表示される前後方向の崩壊事象の例が図６に示され、ここで、左側には崩壊前の中咽頭７の画像がその場にあるカテーテル１０３と共に示され、右側には前後方向に崩壊した中咽頭５０７の画像がその場にあるカテーテルと共に示される。
【００９１】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、ＥＮＴによる受け取りを容易にする形式でデータを作成してもよい。これは例えば、崩壊事象が起きたとき、どの位の数の崩壊事象が起きたか、崩壊事象の種類又は形状、及び崩壊事象と他の如何なるセンサのデータとの間に何らかの相関関係が存在しているかどうかを示す情報を有するサマリー形式とすることができる。従って、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、追加のセンサからのデータを入手し、より上等な(richer)事象データ、例えば睡眠段階に基づいて崩壊の種類を決定すること及び崩壊の種類に対する一般的な酸素飽和度の低下の測定値を提供する。
【００９２】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、何れかの決定された崩壊事象中、気道形状の変化を示す３Ｄモデルを生成又は決定する。データ処理ユニット４０１はさらに、システムのユーザ例えばＥＮＴがある事象を再生することを可能にしてもよい。
【００９３】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は故に、体積のモデルを構築することができる。カテーテル１０３上に置かれるセンサにより提供されるデータに基づいて、この体積のモデルは生成される。データ処理ユニット４０１はさらに、（前記体積のモデルに基づいて又はカテーテル１０３上に置かれるセンサにより提供されるデータに基づいて）ＥＮＴによる解析に適切な臨床情報を生成する。幾つかの実施例において、臨床情報は、少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊を決定することを有する。その上、幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、前記少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊を決定すること、例えば前記少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊の位置、前記少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊の程度（ひどさ）及び前記少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊の形状の少なくとも１つを決定することに基づいて、他の臨床情報を生成することができる。
【００９４】
少なくとも１つの体積の収縮又は崩壊の形状は、この収縮又は崩壊の主な方向を説明する既知の用語である。例えば、収縮又は崩壊の主な方向は、本明細書に記載されるように、前後方向（ＡＰ）の収縮又は崩壊、横方向の収縮又は崩壊、或いは円形の収縮又は崩壊である。
【００９５】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、時間期間にわたり上記臨床情報を生成することが理解される。例えば、データ処理ユニット４０１は、夜又は一晩中にわたり前記臨床情報を監視又は決定することができる。
【００９６】
その上、幾つかの実施例において、データ処理ユニットは、副次的な時間期間にわたる臨床情報を並べ替えることができる。例えば、適切な副次的な時間期間は、睡眠段階の期間及び/又は睡眠位置の期間でもよい。
【００９７】
本明細書に記載されるように、データ処理ユニット４０１はさらに、前記臨床情報、少なくとも１つの体積の崩壊（並びに例えば前記少なくとも１つの体積の崩壊又は収縮の位置、程度（ひどさ）及び形状のような少なくとも１つの体積の崩壊又は収縮の関連する特徴又は記述子）を記憶することができる。
【００９８】
同様に、データ処理ユニットは、記憶された臨床情報を再生してもよい。
【００９９】
本明細書に記載されるようなユーザインタフェースは例えば、決定される／記憶される／再生される臨床情報を表示することができる。例えば、ユーザインタフェースは、少なくとも１つの体積の崩壊（並びに例えば前記少なくとも１つの体積の崩壊又は収縮の位置、程度（ひどさ）及び形状のような少なくとも１つの体積の崩壊又は収縮の関連する特徴又は記述子）の形式で臨床情報を表示することができる。
【０１００】
上記気道カテーテル１０３のためのセンサ１０４は、好結果を達成するために、かなりの設計技能を必要とする多数の制約に直面する。
【０１０１】
明細書に記載されるように、カテーテル１０３及び故にセンサ１０４の直径は、患者の受け入れを保証するために５ｍｍ以下及び好ましくは３ｍｍ以下にすべきである。その上、幾つかの実施例において、センサは硬質及び非柔軟であり、センサの長さは、センサが鼻を通過することを保証するために制限されなければならない。幾つかの実施例において、硬質のセンサの長さは従って２ｃｍを越えるべきではなく、好ましくは硬質のセンサの長さは、１ｃｍ以下にすべきである。
【０１０２】
図２から図５にあるカテーテル１０３に関して示されるように、このカテーテルは、複数のセンサが柔軟なカテーテル（の真ん中に）組み込まれるように構成されなければならない。これは例えば、カテーテル１０３の長さに沿って置かれるセンサにおいて、前方方向のビューがカテーテルにより遮られてしまうので、一般的な光ファイバーの内視鏡の設計がセンサ１０４の全てに対し実施されないようにする。
【０１０３】
幾つかの実施例において、外面に接続される如何なるセンサ１０４も、他のセンサ１０４と衝突又は干渉しないほど十分に小さい。
【０１０４】
幾つかの実施例において、センサ１０４は、カプセル化される及び故に掃除が簡単である。同様に、幾つかの実施例において、センサ１０４は、唾液又は粘液からなる薄い被覆がセンサに機能すること又は正確なデータを生成することを妨害しないように構成される。幾つかの実施例において、センサ１０４は、崩壊を検出するのに十分な速さで動作する。同様に、幾つかの実施例において、センサ１０４は、例えば呼吸運動のような気道の他の動きを検出（及び幾つかの実施例においてデータ処理ユニット４０１がこのような他の動きを取り除くことを可能に）するのに十分な速さで動作する。
【０１０５】
幾つかの実施例において、センサ１０４は、機械的な走査又は動きを必要とせずに動作する。これは、カテーテル１０３（又はその内部）の如何なる動きが患者を眠らせない又は患者を起こすからである及び機械装置は、センサを壊れやすくする傾向があるからである。
【０１０６】
図７に関して、第１の例示的なセンサが示される。幾つかの実施例において、気道の断面の寸法を測定するセンサは、カテーテル１０３の周囲に配される超音波トランスデューサ６０４の少なくとも１つ又はアレイである。カテーテルの直径をできるだけ小さく保つために、幾つかの実施例において、超音波トランスデューサ６０４は、例えばＣＭＵＴ(Capacitive micro-machined ultrasound transducer)のような"小さな"超音波トランスデューサもよい。幾つかの実施例において、ＣＭＵＴ６０４は、柔軟な基板上に製造されてもよく、及び従って幾つかの実施例においてセンサ１０４は、多数の方向における上気道の断面を決定する超音波トランスデューサ６０４のリングをカテーテル１０３の周囲に有する。超音波トランスデューサ６０４は、音波の最適な取り出しを可能にするために、媒体（一般には上気道にある空気）に合ったインピーダンスであると理解される。
【０１０７】
幾つかの実施例において、センサ１０４は、上記要件を満たす光学センサにより実施されてもよい。
【０１０８】
明細書に記載されるような光学センサは、光のパターン（例えば光のリング）を発生させる光学要素、前記光のパターン及び/又は撮像装置（例えばカメラ）の視野（ＦＯＶ）をカテーテルの側面に向けるための１つ以上の反射要素（例えば反射コーン）（幾つかの実施例において、この反射要素は前記光のパターンを発生させる要素と一体化されてもよいと理解される）、撮像装置（例えば広い視野を持つ小型カメラ）を有する。
【０１０９】
幾つかの実施例において、断面の測定値を決定するために、前記光学要素、前記反射要素及び前記撮像装置は、一定の幾何学的関係を持つ。
【０１１０】
その上、幾つかの実施例において、光のパターンを発生させる光学要素は、光ファイバー介してレーザーダイオードに接続される。他の実施例において、レーザーダイオードは、前記センサの内部に実装されてもよい。
【０１１１】
明細書に記載されるような幾つかの実施例において、前記光ファイバー、前記光学要素、前記反射要素及び前記撮像装置は、光のパターンが上気道を照明し、前記撮像装置（カメラ）が気道の壁上の光のパターンを見ることを可能にするために（部分的に）透明である及び前記センサを保護するプラスチック又はガラス要素内に全て組み込まれる。
【０１１２】
その上、幾つかの実施例において、撮像装置の出力は、気道の断面の情報を得るために処理される。
【０１１３】
図８に関して、例示的な光学センサの断面図が示される。幾つかの実施例において、この例示的な光学センサは、気道内に光のパターン（例えばリング）を発生させることにより、気道の断面の寸法を測定し、この光のパターンは、撮像装置（例えば小型カメラ）により別の位置から取り込まれる。このようにして、幾つかの実施例において、気道の壁上に光のパターンを投影した画像は、発生した光のパターンと撮像装置との間における前記一定の幾何学的関係を使用することにより、気道の形状の再構成を可能にする。
【０１１４】
図８に示されるような光学センサは、カテーテル１０３内にある透明な細管７０４内に置かれる。その上、光学センサは、その端部に置かれるグリン（ＧＲＩＮ）レンズ７０３に光ビームを送る光ファイバーを有する。ＧＲＩＮレンズ７０３（又は他の如何なる適切なレンズ形状）は、透明な細管内において、これも透明な細管７０４内ある反射コーン７０７の表面上に投影される光ビーム（レーザービーム）７０５を発生させる。反射コーン７０７は、光が透明な細管７０４を通り、気道の壁１００上に投影されるリングのパターン７０９を発生させるように光を反射する。
【０１１５】
この例は従って、構造化した光源を利用している。全面照明(blanket illumination)を発生させるよりも、所望の形状、例えば環状のリングのビームが形成される。これは、照明の特定のラインが内壁上に形成されることを可能にする。これは、その位置における内壁の形状の画像を再構成するために、距離の測定に使用されることができる。前記構造化した光源は、レーザーダイオードを有する。
【０１１６】
細管７０４の外側に置かれる、図８に示される撮像手段又は撮像装置、例えば小型カメラ７１３は、光ビーム７０５と同じ方向に実質的に位置合わせされる。光ビームと同じ方向に沿って概ね向けられる、すなわちカテーテルの軸に平行及びそれゆえに光学センサの一般に長軸に平行に向けられる視野７１１を持つカメラが形成される。従って、カメラは、この方向に概ね沿って向けられる視野を持つ、すなわちカメラは、カテーテルの長軸方向に実質的に平行な中心軸を持つ。カメラの視野の角度幅のおかげで、気道の壁１００上へのリングのパターン７０９の投影を有する画像を取り込むことを可能にする。撮像装置又はカメラ７１３により生成される画像はさらに、画像データをデータ処理ユニット４０１に送ることができる。
【０１１７】
画像データを受信している並びに光学要素（レンズ７０３）と反射要素（反射コーン７０７）と、撮像装置（カメラ７１３及びカメラの視野７１１）との間における決められた幾何学的関係を持つデータ処理ユニット４０１は、取り込んだ画像データ及びリングのパターンを解析して、気道の断面の寸法を決定（又は再構成若しくは生成）することができる。
【０１１８】
図９に関して、第２の例示的な光学センサの断面図が示される。この第２の例示的な光学センサは、撮像装置又はカメラ８１３が透明な細管又はガラス管８０４内に置かれているという点で、第１の例示的な光学センサとは異なる。これは、センサの直径を小さくすることを可能にする、及び撮像装置の位置に対するカテーテル１０３の反対側に"ブラインド領域"を持たない画像を生成する（言い換えると、カテーテルにより撮像装置を陰にする(shadowing)ことを防ぐために、規定又は特定の方向にカテーテル１０３が配向される必要はない）ことを可能にする。
【０１１９】
図９に示されるような光学センサは、カテーテル１０３内の透明な細管又はガラス管８０４内に置かれる。その上、この光学センサは、その端部に置かれるグリン（ＧＲＩＮ）レンズ８０３に光ビームを送る光ファイバー８０２を有する。ＧＲＩＮレンズ８０３（又は他の如何なる適切なレンズ形状）は、ガラス管８０４内（及びガラス管に概ね沿った方向）において、これもガラス管８０４内にある反射コーン８０７の表面上に投影される投影される光ビーム（レーザービーム）を発生させる。反射コーン８０７は、光がガラス管８０４の壁を通り、気道の壁１００上に投影されるリングのパターン８０９を発生させるように光を反射する。ガラス管８０４内に置かれる、図９に示される撮像手段又は装置、例えば小型カメラ８１３は、光ビームの経路として反対向きに実質的に位置合わせされる。再び視野８１１を持つカメラが形成され、リングのパターン８０９の気道の壁１００上への投影を有する画像を取り込むことを可能にする。撮像装置又はカメラ８１３により生成される画像はさらに、画像データをデータ処理ユニット４０１に送ることができる。
【０１２０】
図８及び図９に関してここに示されるような第１及び第２の例示的な光学センサは、撮像装置がカテーテル１０３と概ね位置合わされている、及び故に透明な細管又はガラス管の装置と位置合されているという点で、"前向きセンサ"と考えられる。これらセンサは共に反射コーンを使用して、軸方向から半径方向にパターンを発生させる光の方向を変える。
【０１２１】
図１０に示される代替の手法は、全反射を利用している。従って、本出願において使用される"反射要素"という言葉は、鏡面反射に限定されるのではなく、全反射も含んでいると理解されるべきである。
【０１２２】
光学コーン８１７が再び設けられるが、このコーンは、周りよりも高い屈折率を持つ透明材料を有する。カテーテルの軸方向に沿って向けられる入射光８２１は、（カテーテルの軸方向に垂直な）コーンの底面に与えられる。空気とコーンとの境界面は垂直であるため、その光は屈折を経験しない。
【０１２３】
前記光は次いで、先細りする円錐面により規定される内側のコーンと空気との境界において全反射を経験する。これは、コーンの角度とコーンの材料の屈折率とが、円錐の内表面において全反射を生じさせるように選択されるからである。反射後、光はコーンの内表面の半径方向に対向する部分に進み、入射角は垂線に近い。光は次いで、（境界面において光を前記垂線から離れる方向に曲げる屈折の後）前記コーンを本来の入射方向に対し９０°である方向に出て行く。この９０°の角度は必須ではなく、それどころか出口方向は完全に半径方向でなくてもよい。
【０１２４】
入射光８２１は例えば、光ファイバーの劈開面(cleaved facet)の端部にあるグリンレンズから再び入力される。このレンズは約０．２５ｍｍの幅を持つ。
【０１２５】
コーン８１７は、屈折率ｎの本体から形成され、以下の２つの要件
-sinα〜ncos(3α)
cosα＞１／ｎ
を満たすコーン頂部の半角αを持つ。
【０１２６】
図１０に示される角度の関係に基づいて、これらが得られる。全反射面に対する入射角は（９０−α）°である。コーンが空気中にあると仮定する場合、臨界角は、
sinθc＝１／ｎ
である。
【０１２７】
故に、全反射に対しては、
（９０−α）＞θc
cosα＞１／ｎであるようにsin（９０−α）＞１／ｎ
である。
【０１２８】
反射された光は、第２の面上において（垂線に対し）（３α−９０）°の入射角を持つ。これは図１０に図示される。出口角は、前記入射角に対し垂直となるべき出口光の角度αとする必要がある。
【０１２９】
スネルの法則を使用し、コーンの周りの空気に対しｎ＝１である場合、これは、
sin（３α−９０）／sinα＝１／ｎ
-cos３α／sinα＝１／ｎ
を与える。
【０１３０】
これは、
-sinα＝ncos（３α）
を与える。
【０１３１】
ｎ＝１．４９を持つプラスチックから作られるコーンの一例は、α＝３８．２°である。例えばＰＭＭＡは、１．４９の屈折率を持つ。他の透明ポリマー又はガラスが使用されてもよく、一般的な屈折率は１．３から１．６の範囲にある。
【０１３２】
前記出口光は、完全に半径方向にする必要はない。異なる出口角は、−sinα＝ncos（３α）から導出されることにより達成されることができる。例えば、
−０．９sinα／cos（３α）＜ｎ＜−１．１sinα／cos（３α）
を満たすｎ及びαの値を選択することが適切である。
【０１３３】
これもコーンが空気中にあると仮定する。円錐面上に被覆があり、この被覆が出口面における屈折率差を変化させ、これは、（値ｎが境界における屈折率比となるという点で）角度と屈折率との間に要求される関係も変更する。前記被覆は例えば、出口で屈折はしないが、コーンと被覆との間の境界面における角度の変化が変更されるように、破線８２３により示されるような円筒形の外形を持つ。
【０１３４】
幾つかの実施例において、例えばカメラのような撮像装置は、センサの幾何学的な長さを減らすために、９０°以上の視野を持つ。本明細書に記載されるように、光のパターンを発生させる要素（光ファイバーからの光を視準し、その光ビームを反射コーンの先端に向けるＧＲＩＮレンズ）は、カテーテルの周りにリングのパターンを発生させる。その上、前記第２の例は、撮像装置（カメラ）、反射コーン及び（撮像装置が光のパターンを発生させる要素の光軸からオフセットされている第１の例とは対照的に）同じ光軸に沿って固定されるＧＲＩＮレンズを有する。
【０１３５】
撮像装置（カメラ）と反射コーンとの間の距離は、気道の壁に投影される光のパターンが一般的な気道の大きさに対しカメラの視野内にあるように決められると理解される。例えば、カメラからコーンまでの距離は一般に２ｃｍから１ｃｍの間である。
【０１３６】
幾つかの実施例において、ガラス管又は透明な細管は、その両側において（不透明な）柔軟なカテーテルの部品に接続される。これらの柔軟なカテーテルの部品内に、撮像装置（カメラ）により生成される画像データを搬送するケーブル又は接続部及び光ファイバーが含まれている。幾つかの実施例において、光ファイバーは、可視光を発生させるためのレーザーダイオードに結合又は接続される一方、幾つかの実施例において、"カメラのケーブル"は、撮像装置（カメラ）及びデータ処理ユニットを結合する。
【０１３７】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１により受信される画像は最初に、気道の壁に投影されるリングのパターンと干渉している又は妨害している如何なる静的及び/又は動的な反射パターンがあるかを決定するために処理される。幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は次いで、より明瞭なリングのパターンを発生させるために、前記決定された静的及び/又は動的な反射パターンを取り去ることができる。幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は次いで、画像上の光のパターンを追跡し、画像上に現れるように、リングのパターンの地点における光軸との角度を決定する。幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は次いで、気道の壁までの距離を基礎幾何学により決定する。例えば、図１１に示されるように、カメラ９１３は、カメラ（撮像装置）９１３とコーン（リングパターン発生器）９０７との間の規定した距離９０１で光軸９００上に置かれる、並びに決定したリングの角度（カメラの角度）９０３及び光軸から気道の壁までの距離９０５は、以下の公式
気道の壁までの距離＝（カメラからコーンまでの距離）＊tan（カメラの角度）
に従って決定される。
【０１３８】
気道の壁までの距離は従って、三角測量により得られる。
【０１３９】
幾つかの実施例において、この気道の壁までの距離は、何らかの適切な方法に従って決定されることができると理解される。例えば、幾つかの実施例において、気道の壁までの距離は、リングと、固定した視野及びズーム設定を用いたカメラに対するカメラ又は撮像装置の光学中心との間にある画像ピクセル数により決定されることができる。
【０１４０】
幾つかの実施例において、データ処理ユニット４０１は、リングの角度（カメラの角度）及び故にリングの全体像に対する気道の壁までの距離を決定することができる。幾つかの実施例において、リングの角度（カメラの角度）の決定及び故に気道の壁までの距離の決定は、画像をセクタ毎にサンプリングし、気道の壁までの距離の計算に基づいてセクタ間を補間することにより行われる。幾つかの実施例において、例えば気道の幾つかの部分は、センサを介して伸びていくより遠位のセンサのためのカメラのケーブル又は光ファイバーにより妨害される又は陰にされる場合、幾つかの実施例において、データ処理ユニットはこのとき、失われた部分のデータを補間することができる。
【０１４１】
図１２に関して、第３の例示的な光学センサの断面図が示される。この第３の例示的な光学センサは、撮像装置又はカメラ８１１が"前向きセンサ"を"横向きセンサ"に変換する第２の反射要素に結合されているという点で、最初の２つの例示的な光学センサとは異なる。
【０１４２】
この設計は故に、第１及び第２の反射要素を有し、これら要素は、これら要素の反射面が外側を向く背中合わせである。
【０１４３】
２つの反射要素の使用は、半径方向の距離を測定するのに三角測量が使用されることを可能にする。２つの反射要素の間の軸方向の間隔は、三角形の底辺である。（視野内における光を受け取る位置により決定されるような）カメラ内に受け取られる光の角度はこの時、三角形の底辺と組み合わされ、上述した方法（すなわち、気道の壁までの距離＝コーン間の距離＊tan（入射角））で半径方向の距離を導出する。
【０１４４】
"横向きセンサ"は、より長いセンサを用いることなく、このセンサがより大きな最大の気道の壁までの距離を測定することを可能にする。前記数式（気道の壁までの距離＝カメラ−コーン間の距離＊tan（カメラの角度））から示されるように、最大の気道の壁までの距離は、撮像装置の最大視野の範囲及びカメラとコーンとの間の距離に基づいて決定され、故に何れかの１つのカメラに対し測定される最大の気道の壁までの距離を増大させるために、カメラ−コーン間の距離又はカメラの視野の何れか一方が増大することが必要である。さらに、複雑に形成される気道において、カメラの近くにある気道の構造物により、リングのパターンが妨害される又は陰にされるので、幾つかの実施例において、（図１２に示される例において、コーン形状である）第２の反射要素を用いることにより、前向きセンサにおける近場の"陰にされること"の影響は改善される。
【０１４５】
図１２に示されるような光学センサは、カテーテル１０３内にある透明な細管又はガラス管１００４内に置かれる。その上、光学センサは、その端部に置かれるグリン（ＧＲＩＮ）レンズ１００３に光ビームを送る光ファイバーも有する。ＧＲＩＮレンズ１００３（又は他の如何なる適切なレンズ形状）は、ガラス管１００４内（及びガラス管に概ね沿った方向）において、これもガラス管１００４内にある反射コーン１００７の表面上に投影される光ビーム（レーザービーム）１１０５を生じさせる。反射コーン１００７は、光がガラス管１００４の壁を通り、気道の壁１００上に投影されるリングのパターンを発生させるように光を反射する。ガラス管１００４内に置かれる、図１２に示される及び光ビームの経路として実質的に反対方向に位置合される撮像手段又は装置、例えば小型カメラ１０１３は、第２の反射コーン１０１２により規定される視野１１１１を用いて構成される及び気道の壁１００上へのリングのパターン１００９の投影を有する画像を取り込むことを可能にする。撮像装置又はカメラ１０１３により生成される画像はさらに、画像データをデータ処理ユニット４０１に送ることができる。
【０１４６】
図１３に関して、２つのバージョンの"横向き"の光学センサの形状が示される。左側にある（例えば図１２に示されるような光学センサ内で実施される）"横向き"の光学センサの形状は、（実質的に）カメラの全視野１０１１が側面に屈折するように設定される撮像装置又はカメラ１０１３と第２の反射要素又は反射コーン１０１２との間の距離を持つ。対照的に、図の右側に示されるような"ハイブリッド型"のセンサにおいて、第２の反射要素又は反射コーン１１１２は、カメラの視野の一部が側面１１１１ｂに屈折するが、かなりの屈折しない部分１１１１ａが残るように撮像装置又はカメラ１１１３から距離を空けて置かれる。
【０１４７】
幾つかの実施例において、"ハイブリッド型"のセンサは、"前向きセンサ"及び"横向きセンサ"の形状の両方にわたるある利点を持つ。反射コーン１１０７の第１の反射要素により屈折する光ビーム１１０５は、気道の壁上にリングのパターン１１０９を発生させる。本明細書に記載されるような屈折する視野は、気道の壁がセンサからかなり離れていることを検出するのに使用されることができ、屈折しない視野は、気道の壁がセンサに非常に近いときに検出することができる。
【０１４８】
その上、幾つかの実施例において、反射されるＦＯＶの領域と直接のＦＯＶの領域との間に被写域の重複があるように、撮像装置（カメラ１１１３）及び第２の反射要素又は反射コーン１１１２の形状が配される。この被写域の重複は、カメラのＦＯＶが最も大きいカメラの画像の角に構成される。このような実施例において、気道の壁がリングのこの重複部分内に含まれる場所がカメラで２度見られる、１度目は、屈折するＦＯＶに対して、そして再び直接のＦＯＶにおいて見られる。幾つかの実施例において、この"２度の"リングの決定は、センサが分泌物で覆われ過ぎる又は不明瞭になり過ぎて適切に動作しないときを検出するためのエラーインジケータとして使用される。
【０１４９】
図１４に関して、第４の例示的な光学センサの断面図が示される。この第４の例示的な光学センサは、ガラス管又は透明な細管内に挿入されるＧＲＩＮレンズ及び反射要素を使用するよりも、成形されたプラスチック（又は他の機械加工された透明な材料）のロッド内にある空気の間隙からレンズ要素及び反射要素が生成されるという点で第３の例示的な光学センサとは異なる。第４の例示的な光学センサは故に、より安く及びより簡単に製造され、完璧な位置合わせをするのにより少ない構成要素を必要とする。その上、上記センサを挿入する実施例において、照明又は光ビームがより少数の境界面を通り、故により少数の寄生反射を生み出す。例えば、図８、９及び１２に関して示される例において、光は、多数の反射をもたらす２つの空気−ガラス（又は空気−プラスチック）の境界面（細管の壁）を通り、（特に、分泌物の存在がこれらの反射との別の境界面を作成する場合）カメラの画像にある実際のリングのパターンを特定することを難しくする。
【０１５０】
従って、図１４に示されるように、前記コーン及び/又はパターンを発生させる要素がその中に成形される、機械加工される又は切り取られる固体ガラス又はプラスチックのロッドを用いることにより、"固体センサ"が規定される。
【０１５１】
パターン発生器及び撮像システムの両方の反射要素は、２つのコーン面を規定する内部空洞を持つこの固体ボティにより規定され、この内部空洞は、固体ボディの材料よりも低い屈折率を持つ。
【０１５２】
図１４に示されるような"固体"センサは、継ぎ手１２０６により示されるように、一緒に突き合わされている、成形される、機械加工される若しくは切り取られるガラス又はプラスチックのロッド１２１５である２つの要素を有する。第１のガラス又はプラスチックのロッドは、２つの空気が充填される空洞又は中空部１２９６を有し、これらの各々は、光学要素を規定する。第１の中空部は、第１のレンズの形状１２０３を規定し、光ファイバーのリード線１２９９を介して光ファイバー１２０２を収容する。第２の中空部は、気道の壁上に投影されるリングのパターン１２０９を発生させるために、光ビームを反射する第１の反射要素又はコーンの形状１２０７を規定する。第２のガラス又はプラスチックのロッドは、撮像装置（又はカメラ１２１３）の視野を反射するための第２の反射要素又はコーン形状の中空部１２１２を有する。幾つかの実施例において、前記ロッドの屈折率及びコーンの角度が適切である場合、コーン−空気の境界において全反射が起こり、コーン形状のカットが反射コーンのように機能する。その代わりに、幾つかの実施例において、反射面を製作するために追加の反射層が利用される。
【０１５３】
撮像装置又はカメラ１２１３は、カメラがその中に嵌合される撮像装置又はカメラの開口、中空部又は穴を持つ第２のガラス又はプラスチックのロッドにより、センサ内に置かれる又は位置合せされる。撮像装置自身は、気道の壁上へのリングのパターン１２０９の投影を有する画像を取り込むために、第２の反射要素又はコーン形状の中空部１２１２により規定される視野を持って形成される。撮像装置又はカメラ１２１３により生成される画像はさらに、画像データをデータ処理ユニット４０１に送ることができる。
【０１５４】
その上、図１４に関して示される例が２つの部品又は２つの要素の"固体"センサ部品又は部分を示したとしても、幾つかの実施例において、"固体"センサは如何なる適切な数の部品又は要素から形成されると理解される。
【０１５５】
幾つかの実施例において、本明細書に記載されるような固体センサは、如何なる適切な接着剤を用いて、継ぎ手１２０６において一緒に接着される透明なガラス又はプラスチックの２つの固体のロッドを構成する。
【０１５６】
ケーブル及び光ファイバーを他のセンサに誘導するために、幾つかの実施例において、前記ロッドは刻み目が入れられる又は溝が彫られる。
【０１５７】
図１４に示されるような例示的な固体センサが横向きのセンサであったとしても、前向きのセンサも固体センサの形状で実施され得ることを理解される。
【０１５８】
本明細書で論じた例において、気道の壁上に投影される光のリングは実質的に完全なリングである。しかしながら、幾つかの実施例において、投影される光のパターンは、単純なリングよりも複雑となることがある。このような実施例において、光のパターンは、気道の良好な又はよりロバストな再構成を提供することができる。従って、幾つかの実施例において、光のパターンは、回折光学素子（ＤＯＥ）のプレート又はフォイルを実装する又は用いることにより発生する。幾つかの実施例において、特注のＤＯＥは、送信されるビームにおいて略任意の回折パターンを発生させることができる。幾つかの例は、フォイルのパターン１３０１、１３０３、１３０５及び１３０７のプレートにより示されるように、図１５に示される。
【０１５９】
その上、ＤＯＥの実施は如何なる適切な方法で行われ得ると理解される。例えば、図１５の左側に示されるように、センサは、ＧＲＩＮレンズと反射コーンとの間に置かれるＤＯＥフォイル又は格子１２１１を用いて構成される。その代わりに、幾つかの実施例において、ＤＯＥフォイル又は格子１３１３は、図１５の右側に示されるような反射コーンの周りに置かれることができる。この例に示されるＤＯＥは、３つの同心のリングを作成している。そのような実施例において、追加のリングは、気道の壁までの距離を測定する精度を向上させるのに使用される。図１５に示される例は、横向きセンサ内に実装されるＤＯＥフォイル又は格子を示しているが、ＤＯＥフォイル又は格子はさらに本明細書で論じたような"前向きセンサ"又は"固体センサ"内に実装され得ると理解される。
【０１６０】
幾つかの実施例において、照明されるとき、ホログラフィックの（又は複雑な）光のパターンを作るために、ホログラフィック要素（例えばホログラフィック結晶又はホログラフィック高分子要素）が用いられる。
【０１６１】
本明細書で論じた例において、反射要素（又は反射コーン）は、直線のコーンとして記載され、言い換えると、反射面は線形である。しかしながら、幾つかの実施例において、追加の機能を組み込むために、反射面が非直線（又は言い換えると不連続若しくは非線形）とすることもできる。
【０１６２】
例えば、図１６に関して、湾曲した反射面を持ち、撮像装置又はカメラ１４１３の視野を反射する反射コーン１４１２を有するセンサが示される。このセンサの視野１４２３は通常、カメラの視野１４２１に限定されるが、しかしながら、凹面を持つ反射コーンを用いることにより、センサの視野を増大させ、凹レンズを加えるのと同じ効果を、追加のコスト及び位置合わせの問題を無しに生じさせることが可能であると理解される。凹形の反射コーンの形状は、"前向きセンサ"、"横向きセンサ"又は"固体センサ"の実施例の何れかの実施に従って、反射コーンに対して実施されることができる。視野を増大させるために凹形のコーンを実施することは特に、より大きな視野を用いる場合、測定される最大の気道の壁までの距離を妥協することなく、より短いセンサを構築することを可能にするので、ビームの反射コーンの表面が凹形である"前向きセンサ"の実施例におけるセンサにおいて有利である。
【０１６３】
幾つかの実施例において、投影されるリングを供給するためのビームを発生させるＧＲＩＮ（又は他の）レンズに取って代わるために、湾曲したコーンが実施されると理解される。
【０１６４】
幾つかの実施例において、反射要素又は反射コーンは、段はあるが異なる角度を持つ真っ直ぐな側面を有する。例えば、異なる角度を持つ段のある反射面を光ビームの反射要素として実施することにより、単純なコーンよりも、より緻密な光のパターンが発生する。例えば、図１７に示されるような幾つかの実施例において、ＧＲＩＮレンズ１５０３からの光は、２つの角度１５０７を持つ段のあるコーンにより反射され、２つのリングの光のパターンを生じさせる。反射コーン１５１２はそれに応じて、全ての発生するリングのパターンを取り込むのに十分な広さの投影されるカメラ１５１３の視野を提供するのに適切な幾何学的特徴を持つように選択される。
【０１６５】
２つの反射角を持つコーンを作成する１つの段の変化が示されているが、幾つかの実施例において、２つ以上の段の変化が実施され得ると理解される。その上、幾つかの実施例において、撮像装置の反射要素上に凹形の段の変化を実施することにより、被写域の重複領域が作成され、本明細書で論じるように、エラー検出動作を可能にすると理解される。
【０１６６】
図１８に示されるカテーテルのセンサのもう１つの例示的な実施例によれば、カメラ１５１３及びＧＲＩＮレンズ１５０３は、同じ放射面上において互いにオフセットして配されている。前記カメラは、カテーテルの中心軸と位置合わせされた中心軸を備える視野を持ち、カメラのコーン１５１２もそれに応じて、カテーテルの中心軸上に中心が置かれている。光分散コーン１５０７もカテーテルの長軸に平行であるが、中心軸からオフセットされた入射光を受け取る。カメラのコーン１５１２及び光分散コーンは、同じ長軸方向に向いている。図１８により理解されるように、これは、夫々のカメラのコーン１５１２よりも非常に小さいサイズの光分散コーン１５０７を用いることにより、及びカテーテルの中心からカメラ１５１３の視野の外側に半径方向に変位した地点に前記光分散コーンを取り付けることにより達成される。
【０１６７】
光は、ＧＲＩＮレンズ１５０３から光反射コーン１５０７の表面に向けて伝わる。この光反射コーンは、光がカテーテルの長軸に対して垂直（すなわち半径方向）の角度でカテーテルを出るように、全ての入射光を反射するのに適応した表面を持つ。反射された半径方向のビームは、周囲にある気道の壁にリングのパターン１５０９を投影する。
【０１６８】
光分散コーン１５０７は光を垂直に反射するので、コーンの位置が中心を外れていることが、発生するリングのパターン１５０９の放射対称(radial symmetry)に影響しない。これは、例えばある角度の範囲で光を反射するのに適応するコーンとは対照的であり、ここで中心を外れた位置決めは、気道の周囲辺りの異なる地点において異なる幅を持つリングのパターンを発生させる。
【０１６９】
光反射コーン１５０７は、例えばカテーテルの長軸に対し４５°の傾斜を持つ円錐形の表面を用いることにより、前記長軸と実質的に平行であるＧＲＩＮレンズ１５０３からの入射伝搬ベクトルと組み合わせて、半径方向の伝搬を生じさせるのに適応する。この装置を用いる場合、レンズからの入射光は、４５°のコーンの表面から、カテーテルの表面に対し垂直な角度（すなわち半径方向）に反射する。
【０１７０】
同時に、カメラのコーン１５１２は、センサの視野１５２３により規定され、リングのパターン１５０９により照明される、気道のリング状の部分の画像を（水平な）カメラ１５１３の視野内に投影する。このような装置は、図１２−１７に示される先行するカテーテルのセンサの実施例に関連して述べたものと実質的に同じである。
【０１７１】
生成されるセンサの視野１５２３は理想的には、リングのパターン１５０９を包含するのに十分な幅である一方、光分散コーン１５０７の取り込みを除外するのに十分な狭さである。この実施例の幾つかの例において、カメラのコーン１５１２は、頂点に約１２６°の表面傾斜角を持ってもよい。この角度で、コーンは例えば、カテーテル１０３の外周から０．３２ｍｍから２９．７ｍｍまでの半径方向距離にある表面からカメラ１５１３に画像を投影することが可能である。これは、３ｍｍの外径のカテーテルに基づく、及び投影される視野１５２３がリングのパターン１５０９と重複する半径方向の距離の範囲である。カテーテルの硬質のセンサ部分はこの例において、約１０ｍｍの長さを持つ。もちろん、様々な寸法、角度及び相対位置を変更することにより、異なる設計も可能である。
【０１７２】
光路１５１４により示されるように、（任意の形状とする）カメラ１５１３は、さらに前方から光を取り込むのに十分な広さの視野を持つ。これは、リングのパターンに基づく距離の測定を使用して形状のマッピングを可能にする、さらに光路１５１４に基づく従来の撮像も可能にする。これは２方向の視察を可能にする。
【０１７３】
光反射コーン１５０７は、鏡面反射コーン（例えばアルミニウム）でもよいし、図１０を参照して説明したような（先端が反対方向を向いている）全反射コーンでもよい。
【０１７４】
この例は、光源及び光源の反射器はカテーテルの中心軸と位置合わせされる必要がないことを示している。同様に、画像センサと画像センサの反射器は、前記中心軸に沿って位置合わせされる必要はない。従って、代わりに撮像システムが中心を外れてもよい、すなわち実際に両方のユニットが中心を外れてもよい。異なる設計は利用可能な空間を使用する別の方法を提供する。
【０１７５】
例として、各光学センサは、カテーテルの方向から最大４５°までオフセットしたセンサの長さを持ち、画像センサは、この最大４５°までオフセットした中心軸を備える視野を持つ。任意に、前記角度は、３０°未満である又は２０°未満である。
【０１７６】
非垂直のスライスを作成することが目的である。これは、画像センサの反射器が９０°の反射を提供する場合にそうなるので、画像のスライスは非垂直であり、このとき反射される受信光は次いで軸を外れる。
【０１７７】
カテーテルの自然な形状が上気道の内腔の中心線を通る保証はない。その代わりに、一般にセンサの軸と中心線との間に僅かに角度が付けられている。これを補正するために、内部のセンサの構成要素が回転する。軸を外れた装置を提供することにより、センサの周りの局所的なエリアは、カテーテルを回転させることにより走査される。これは、照明するリングが実際に前記中心線に対し（略）垂直である方位を見つけるための方法でもある。その他の自由は、局所的な解剖学的部位に適応するのにも使用されることができる。例として、口蓋垂(uvula)は、垂直な断面の範囲に対する照明するリングの一部を遮る。角度を取り入れることは、照明するリングが口蓋垂を通り越して気道の反対側まで延在することを可能にする。
【０１７８】
一般に、非ゼロの角度は、より長い形状を作成する。前記内腔が円筒形であり、カテーテルが中心にあると仮定すると、前記形状は、円形から楕円形に変化し、従って形状の長さを大きくなる。
【０１７９】
計画的な傾きは、前後方向又は横方向が望ましい。
【０１８０】
図１９に関し、カテーテル上のセンサ配列の第２又はその他の形状が示される。このような実施例において、図４に示されるような、センサが特別な関心領域、例えば軟口蓋（Ｖ）９、中咽頭（Ｏ）７、舌根（Ｔ）６及び咽頭蓋（Ｅ）５に位置合わせされるように上気道カテーテル１０３上に限られた数のセンサ１０４を置く又は配置しているのではなく、カテーテル１６０３は、関心のある長さ全体がセンサ１０４１３で覆われるように、カテーテル１６０３に沿って分配される多数のセンサ１０４１３を有する。このような実施例において、センサ１０４１３の間隔は、この間隔が気道のサイズに関係なく、気道の描写する表現を得るのに十分な小ささであるように選択される。その上、そのような実施例において、データ処理ユニット４０１は、隣接するセンサの断面を補間することにより、センサ１０４１３により直接覆われていない気道の所与の位置における断面を補間する。
【０１８１】
図２０に関して、カテーテル上のセンサ配列の第３の形状が示される。
【０１８２】
このような実施例において、カテーテル１７０３は、軟口蓋９、中咽頭７及び舌根６の領域夫々における気道の断面の情報を提供するために置かれるセンサ１０４５、１０４７、１０４９を用いて構成される。しかしながら、咽頭蓋５の領域に関する情報をより多く提供するため、さらにカテーテルが咽頭蓋と接触する如何なる咽頭反射を防ぐために、カテーテル１７０３は、特に咽頭蓋５を監視する下向きセンサ１０４１５をこのカテーテルの先端に有する。このような実施例におけるカテーテル１７０３は従って、咽頭蓋５の直前で終端するより短いカテーテルである。幾つかの実施例において、"咽頭蓋"センサ１０４１５は、規定の光のパターン１７０１を持つ光のパターンを発生する要素及び撮像装置、例えば前記光のパターンの下で咽頭蓋を撮像するためのカメラを有する。しかしながら、幾つかの実施例において、"咽頭蓋"センサ１０４１５は、カテーテル１７０３の先端又は端部から咽頭蓋の"ビュー"を生じさせる超音波トランスデューサの二次元アレイでもよい。言い換えると、カテーテルのセンサの形状は、このような実施例において、カテーテルに沿って間隔を空けて分配される少なくとも２つのセンサと同じく、カテーテルの遠位端付近の体積（例えば本明細書で論じる気道）を観察又は測定するカテーテルの遠位端に置かれる少なくとも１つのセンサが存在している。
【０１８３】
図２０に関して本明細書に示される例は、図４に示されるが"咽頭蓋"センサを備える、第１の例に類似するセンサ配列又は形状を示しているが、このセンサ配列又は形状は、図１９に示され、端部センサが"咽頭蓋"センサと置き換えられた第２の例に類似してもよいと理解される。
【０１８４】
上記の例は、撮像される体積の内表面上に照明のライン（又はより複雑な照明のパターン）を作るために、各撮像システムに対し構造化した光源を利用している。構造化した光発生ユニットの相対的な複雑さは、装置全体の費用に寄与する。理想的には、上気道用のカテーテルは、１回限りの使い捨ての製品とすべきである。
【０１８５】
図２１は、かなり高価な構造化した光を用いない簡略化したバージョンを示す。その代わりに、カテーテルは、市場で入手可能な埋め込み型の光源を備えるカメラ２１０３を用いている。
【０１８６】
２つのカメラ２１０３は、１つは前向きのカメラ、１つは後ろ向きのカメラとして配される。これらカメラは、構造化していない全面照明に基本的にカメラの視野に一致している出力を提供する。照明の包絡線及びカメラの視野は従って、共に参照符号２１０５で示される。示されるように、カメラ２０１３はカテーテル１０３の内部にある。照明の方向及び視野の中心軸は、カテーテルの方向と位置合されるが、管１００の内壁が照明される及び撮像されるような半径方向の程度である。
【０１８７】
この目的のためにカメラは広い視野角を有する。これらカメラは、柔軟で、透明なカテーテルの管１０３内に含まれる。これらカメラは、カメラが関心のある上気道の部位を記録することができるような埋め込み型のＬＥＤ照明ユニットを含む。光発生器は従って、撮像装置の一体化される部分であり、パターン化されない光の出力を発生させる。
【０１８８】
カメラ２０１３間の距離は分かっている。これらカメラは、向かい合う方向から同時に上気道の動態(dynamics)を記録するので、上気道が狭窄する段階的な変化は、カテーテルに平行な同じ方向を見ているカメラの状態に比べ、より良好に辿ることができる。構造物の相対的な運動及び２つのカメラで示されるもの差に基づいて。狭窄の場所に関する空間情報が得られる。
【０１８９】
異なる例の全てにおいて上述したような装置は、一連の位置における画像又は距離分布を得るためである。カテーテルは、特別な関心領域が撮像されるように正確に位置決められる。カテーテルは、正しい位置が維持されることを保証する既知の方法でその位置に固定されてもよい。
【０１９０】
本明細書に示される例において、光学センサは医療用カテーテルに対して記載されている。しかしながら、幾つかの実施例において、光学センサは、断面領域若しくは管、如何なる適切な形状若しくはサイズの導管を監視するための如何なる適切なセンサアレイの形状内に又は形状に沿って実装されると理解される。例えば、幾つかの実施例において、光学センサは断面の堅さ(consistency)を観察又は検査するために体積内に配備されるセンサアレイ内に実装される。従って、管内の流れに対し狭窄を引き起こす、管路又は管が外圧に曝される場合、光学センサは、如何なる崩壊又は狭窄の位置の表示を提供することができる。
【０１９１】
上述した実施例は本発明を限定しているのではなく説明していること、及び当業者は、付随する特許請求の範囲から外れることなく、多くの代替実施例を設計することが可能であることに注意すべきである。請求項において、括弧の間に置かれる如何なる参照符号もその請求項を限定すると考えない。"有する"という言葉は、請求項に挙げられている以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素が複数あることを述べていなくても、それら要素が複数あることを排除しない。前記実施例は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアを用いて実施されてもよい。幾つかの手段を列挙している装置の請求項において、これら手段の幾つかがハードウェアの同一アイテムにより具現化されてもよい。ある方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせは有利に使用されないことを示してはいない。その上、付随する特許請求の範囲において、"Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ"を有するという並びは、（Ａ及び/又はＢ）及び/又はＣと解釈されるべきである。
【図１】
2017517298.tif 000003
【図２】
2017517298.tif 000004
【図３】
2017517298.tif 000005
【図４】
2017517298.tif 000006
【図５】
2017517298.tif 000007
【図６】
2017517298.tif 000008
【図７】
2017517298.tif 000009
【図８】
2017517298.tif 000010
【図９】
2017517298.tif 000011
【図１０】
2017517298.tif 000012
【図１１】
2017517298.tif 000013
【図１２】
2017517298.tif 000014
【図１３】
2017517298.tif 000015
【図１４】
2017517298.tif 000016
【図１５】
2017517298.tif 000017
【図１６】
2017517298.tif 000018
【図１７】
2017517298.tif 000019
【図１８】
2017517298.tif 000020
【図１９】
2017517298.tif 000021
【図２０】
2017517298.tif 000022
【図２１】
2017517298.tif 000023
【国際調査報告】
2017517298.tif 000024
2017517298.tif 000025
2017517298.tif 000026
2017517298.tif 000027