JP2007503922A - 二段ビーム方向転換器を備えた光学カテーテル - Google Patents

Abstract

カテーテルは、その近位部と遠位部との間に延伸する別個の第１及び第２光学チャンネルを含む。前記第１及び第２光学チャンネルとそれぞれ光学連通した第１及び第２ビーム方向転換器は、それぞれ軸上段と軸外し段とを備えている。

Description

本発明はカテーテルに関し、特に、光学カテーテルに関する。

不安定プラークは、動脈壁内に形成される脂質が充満した腔所である。これらのプラークは、破裂すると、動脈内に大量の凝固を引き起こすことがある。生じる凝血塊は、脳への血流を阻害して卒中の原因になるか、又は冠状動脈への流れを阻害して心臓発作の原因になることがある。

不安定プラークの位置を突き止めるためには、動脈の管腔にカテーテルを挿入する。こうしたカテーテルは、動脈壁上のある箇所を赤外線で照らすための送出ファイバと、その照射からの散乱光を収集するための収集ファイバとを含んでいる。送出ファイバ及び収集ファイバは、カテーテル内に別々の光学チャンネルを形成する。

送出ファイバを伝搬する光は、カテーテルの軸に沿って軸方向に進行する。送出ミラーがこの光の進行を遮断し、光を半径方向外側に差し向け、光が動脈壁上の照明箇所を照らすようにする。収集ミラーは、動脈壁内部から散乱する光の進行を遮断し、収集ファイバの中に軸方向へ差し向ける。

収集ミラーは、散乱光を照明域とは別個の収集域から受け取りできるように配置又は配向されている。これにより、動脈壁からの鏡面反射によるグレアは最小限に抑えられる。
発明の概要

本発明は、ビームの方向転換を、収集及び送出ビームを小さく異なる角度で偏向させる一方の段と、ビーム全体を偏向させる他方の段からなる二段に分割すると、カテーテルの遠位部がより単純でコンパクトになるという認識に基づいている。

一様態では、本発明は、その近位部と遠位部との間に延伸する別個の第１及び第２光学チャンネルを備えたカテーテルを含む。前記第１及び第２光学チャンネルとそれぞれ光学連通した第１及び第２ビーム方向転換器は、それぞれ軸上段（原語：on-axis
stage）と軸外し段（原語：off-axis stage）とを備えている。

一実施形態では、前記第１及び第２ビーム方向転換器は、同一の軸外し段を共有する。前記軸外し段は、例えば、前記第１及び第２光学チャンネルと光学連通したミラー又はプリズムとしてよい。

別の実施形態では、前記第１光学チャンネルは光ファイバの第１コアを含み、前記第２光学チャンネルは前記光ファイバの第２コアを含み、前記第１及び第２コアは互いから離間されている。

別法では、前記第１チャンネルは光ファイバ内の第１組のコアを含むことができ、前記第２チャンネルは、前記光ファイバ内の第２組のコアを含む。こうした場合、前記第１ビーム方向転換器の前記軸上段は、レンズの第１サブアパーチャを含むことができ、前記第２ビーム方向転換器の前記軸上段は、前記レンズの第２サブアパーチャを含むことができる。前記第１及び第２サブアパーチャは、それぞれ前記第１及び第２組のコアと光学連通している。

別の実施形態では、前記第１組のコアは、前記ファイバの軸と一致した中央コアを含み、前記第２組のコアは、該中央コアの周りに円形に配置された一組の外周コアを含む。こうした場合、前記第１ビーム方向転換器の前記軸上段は、レンズの中央サブアパーチャを含み、前記第２ビーム方向転換器の前記軸上段は、前記レンズの外周サブアパーチャを含む。前記中央サブアパーチャは前記中央コアと光学連通しており、前記外周アパーチャは前記外周コアと光学連通している。

別の実施形態では、前記第１組のコアは、前記ファイバの遠位面の第１部分と交差しており、前記第２組のコアは、該遠位面の第２部分と交差している。前記第１及び第２部分は交差して、互いに対する面角を形成する。

別の実施形態では、前記第１チャンネルは第１組の光ファイバを含み、前記第２チャンネルは、第２組の光ファイバを含む。こうした場合、前記第１組の光ファイバは、前記カテーテルの軸と一致した中央ファイバを含むことができ、前記第２組の光ファイバは、該中央ファイバの周りに円形に配置された複数の外周ファイバを含むことができる。

本発明の別の様態は、第１及び第２光学チャンネルと光学連通して配置される第１及び第２ビーム方向転換器を備えた多チャンネル光学方向転換器を含む。前記第１及び第２ビーム方向転換器は、両方とも軸上段及び軸外し段を具備する。

本発明は、不安定プラークを識別するためのシステムも含む。該システムはカテーテルと、光源と、検出器とを備える。前記カテーテルは、その近位部と遠位部との間に延伸する別個の第１及び第２光学チャンネルを含む。前記第１及び第２光学チャンネルとそれぞれ光学連通した第１及び第２ビーム方向転換器は、それぞれ軸上段と軸外し段とを少なくとも備えている。前記光源は光を前記第１光学チャンネルに差し向け、前記検出器が前記第２光学チャンネルからの光を検出する。

更に、本発明は、管腔の壁部から光を収集するための方法であって、送出ビームを前記管腔に沿って延伸する送出チャンネル内に伝達する段階と、前記送出ビームを偏向する段階と、前記送出ビームを前記壁部に差し向ける段階と、前記壁部から収集ビームを受け取る段階と、前記収集ビームを収集チャンネルに差し向ける段階と、前記収集ビームを前記収集チャンネル内に偏向する段階とを含む方法を含む。

他に特に定義していない限り、本明細書で用いる科学技術用語は、本発明が属する分野の通常の技能を備えた当業者が一般に理解する意味と同一である。本明細書に記載したものと類似又は同等の方法及び材料を、本発明の実施又は試験に用いることができるが、適切な方法及び材料は後述する。本明細書で言及する全ての刊行物、特許出願、特許、及び他の引用文献は、その全体を引用して援用する。かりに矛盾が生じた場合は、定義も含めて本明細書が優先する。更に、これら材料、方法、及び例は、例示的なものであって限定する意図はない。

本発明のその他の特徴及び利点は、次の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかとなるはずである。

図１は、患者の動脈壁１３における不安定プラーク１２を識別するための診断システム１０を示す。この診断システム１０は、患者の選択した動脈１６、例えば、冠状動脈に挿入すべきカテーテル１４を備えている。カテーテル１４の遠位アパーチャ部１８は、診断システム１０が用いる近赤外波長或いは赤外波長の光に対し透明である。本明細書では、「赤外」という用語は、上述の両方を網羅することを意図している。

送出チャンネル２０及び収集チャンネル２２という少なくとも２つの光学チャンネルが、カテーテル１４に沿って延伸している。これら光学チャンネルは、別個の複数コアを備えた単一ファイバを設けることで実現できる。別法として、これら光学チャンネルは、別個の光ファイバを設けることでも実現できる。各チャンネル２０及び２２は、単一のコア又はファイバ、或いは複数のコア及び／又はファイバで形成できる。本明細書では、「チャンネル」という用語は、単一の物理的構造体に限定されない。例えば、複数ファイバ又は単一ファイバ内の複数コアを、全体としてこうした「チャンネル」として機能させることもできる。

送出チャンネル２０は、光源２４からの光をカテーテル１４の遠位端にある軸外し方向転換器に送出する。軸外し方向転換器は、送出チャンネル２０が伝達する軸方向ビームの進行を遮断し、そのビームを遠位アパーチャ部１８に向けて半径方向外側に方向転換させる。ビームはアパーチャ部１８からカテーテル１４を出て動脈壁１３に向かう。代表的な軸外し方向転換器には、ミラー及びプリズム、特に直角ミラー及び直角プリズムが含まれる。

収集チャンネル２２は、動脈壁１３内部から散乱した光を収集する。軸外し方向転換器は、遠位アパーチャ部１８からカテーテル１４に入る散乱光の進行を遮断し、その散乱光を収集チャンネル２２の中へ方向転換させる。すると、収集チャンネル２２は、本明細書では「収集ビーム」と呼ぶこの散乱光を、近位端に結合された検出器２６まで導く。

検出器２６は、アナログ／デジタル（「Ａ／Ｄ」）変換器３０に接続した増幅器２８に、光の強度を示す電気信号を供給する。このＡ／Ｄ変換器３０は、動脈壁１３の下に隠れた不安定プラーク１２の存在を識別するために、このような信号を、データ処理システム３２によって分析可能なデータに変換する。

モータ３６によって駆動される回転カプラ３４が、カテーテル１４の近位端に係合している。モータ３６がカテーテル１４を回転させると、カテーテル１４を出た光が、動脈壁１３を周回する円形路を掃引する。この特徴によって、診断システム１０は、照明箇所が位置した動脈壁１３を円周方向に走査可能になり、且つ照明箇所を囲む環状収集域から散乱光を収集可能となる。

カテーテル１４を回転させることに加え、回転カプラ３４は、光源２４からの光を送出チャンネル２０の近位端内に案内し、収集チャンネル２２の近位端から出る光を検出器２６内に案内する。

図２は、カテーテル１４に沿って延伸する光ファイバ３８を示す。同一の光ファイバ３８に一体化した偏心コア４２と中心コア４４とを図示するため、遠位先端を覆うクラッド４０は除去してある。図２では、偏心コア４２が送出チャンネル２０を形成し、中心コア４４が収集チャンネル２２を形成する。ファイバ３８の遠位先端を研磨することで、互いに対して面角を形成する収集面４６及び送出面４８が形成されている。

この面角は、収集ビームを送出ビームに対して偏向させ、照明箇所と収集域とを分離する。実施形態によっては、送出面４８及び収集面４６両方ともファイバの横断面に対して角度を形成する。しかし、他の実施形態では、送出面４８及び収集面４６の一方のみに横断面に対する角度を形成させることによっても面角を形成できる。

図３Ａに示したように、収集チャンネル２２及び送出チャンネル２０は、カテーテル１４の遠位先端に配置した軸外し方向転換器５０と連通している。軸外し方向転換器５０は、送出チャンネル２０を軸方向に移動する送出ビーム５２を半径方向外側に方向転換する。この軸外し方向転換器５０は、半径方向を移動する収集ビーム５４を収集チャンネル２２内に軸方向に方向転換する。収集チャンネル２２と送出チャンネル２０とは離間されているので、図３Ａ及び３Ｂに示すように、収集ビーム５４と送出ビーム５２とは既に空間的に離間している。しかし、この離間の程度は、収集チャンネルと送出チャンネル２０との間にどの程度の空間的離間を設定可能かにより制限される。形成した面角によって、収集チャンネル２２と送出チャンネル２０との離間を増大させなくても上述の離間が増大可能となる。

図２及び図３Ａ乃至３Ｂに示した構成の一つの利点は、軸外し方向転換器５０を一つしか必要としないことである。実質的に、この構成は、同一の軸外し方向転換器５０を共有する二段送出ビーム方向転換器と二段収集ビーム方向転換器とを備えている。それぞれの方向転換器は、遠位磨き面（収集面４６又は送出面４８）を含み、この遠位面が軸上方向転換器を形成し、軸外し方向転換器５０が、例えば直角ミラー又は直角プリズムにより形成される。遠位磨き面４６、４８が形成する角度により、概ね軸方向のビームに僅かな横断方向の偏向が導入される。軸上方向転換器によって導入されるこの横断方向の初期偏向が、第１段目の方向転換である。第２段目のビーム方向転換は、共通した軸外し方向転換器５０が行うが、これによって概ね軸方向のビームが概ね半径方向に進行することになる。

図４Ａに示した付加的な実施形態は、中央送出ファイバ６０の周りの円筒状支持体５８に円周方向に配置された複数の収集ファイバ５６を備えている。収集ファイバ５６は、全体として収集チャンネル２２を形成し、中央の送出ファイバ６０は送出チャンネル２０を形成する。

レンズ６２は、送出ファイバ６０と光学連通した中央アパーチャ６４と、収集ファイバ５６と光学連通した外周アパーチャ６６とを含む。図２及び３の実施形態における収集面４６の場合と同様に、レンズ６２の外周アパーチャ６６は、図４Ｂに示したように、収集ビーム６８に横断方向の初期偏向を導入する。同様に、レンズ６２の中央アパーチャ６４は、送出ビーム７０に横断方向の初期偏向を導入する。図示した実施形態では、この偏向は基本的にゼロである。しかし、一般的に必ずしもその必要はない。

中央アパーチャ６４及び外周アパーチャ６６は、二段の送出及び収集方向転換の器軸上段を形成する。図２及び図３Ａ乃至３Ｃの場合と同様に、図４Ｃに示した共通の直角ミラー又は直角プリズム７２が、送出及び収集方向転換器の第２すなわち軸外し段をとなる。

図４Ｂは、中央に配置された送出ファイバ６０から出る単一の送出ビーム７０と、送出ファイバ６０の周りを円周方向に配置された収集ファイバ５６に入る複数の収集ビーム６８とを示す。図４Ｂから明らかなように、レンズ６２の外周アパーチャ６６は、収集ビーム６８に外及び横断方向の初期偏向を与え、従ってこれら収集ビーム６８を送出ビーム７０から更に離間させる。

特定の深さから散乱した後に管腔に再び入る光は、動脈壁１３における中央に照明箇所が位置した環状域を通過して管腔に再び入る。図４Ａ乃至４Ｃに示した実施形態の１つの利点は、結果として生じる収集域も中央に照明箇所が位置した環状域となる点である。従って、図４Ａ乃至Ｃの実施形態は、特定の深さから散乱した利用可能な散乱光を特に効率的に収集する。

光が散乱した元の深さは、環状域の半径にほぼ依存する。結果として、収集チャンネル２２から散乱光を収集する元の深さは、レンズ６２が収集ビーム６８に与える横断方向の偏向の度合いによって決定される。

図４Ａ乃至４Ｃに示した実施形態は、１つの収集チャンネル２２を全体として形成する多数の収集ファイバ５６を含む。しかし、図５に断面図を示した代替的な実施形態では、単一の光ファイバ７４が多数のコアを備えることができ、その１つがファイバ７４の中央にある送出コア７６である。それ以外のコアは収集コア７８で、中央の送出コア７６の周りに円周方向に配置されている。この実施形態は、図４Ａ乃至４Ｃの全ての利点を含みつつ、コンパクトで容易に製作できるという付加的な利点も備えている。
他の実施形態

本発明をその詳細な説明に関連して記載してきたが、上述の説明は例示を意図したものであり、本発明の範囲を限定するものではない。又、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義される。他の局面、利点、及び変更も次の特許請求の範囲に入る。

不安定プラークを識別するためのシステムの概略図である。 単一の光ファイバに一体化した収集チャンネルと送出チャンネルとの破断図である。 （Ａ及びＢ） 図２のファイバを組み込んだカテーテルにより形成される送出ビームと収集ビームとを示す。 （Ａ） 収集チャンネルと送出チャンネルとが異なる光ファイバで形成されている実施形態の概略図である。 （Ｂ及びＣ） 図４Ａのファイバを組み込んだカテーテルにより形成される送出ビームと収集ビームとを示す。 多コア収集チャンネルと単一コア送出チャンネルとを備えた光ファイバの断面図である。

Claims (17)

1. カテーテルであって、
   前記カテーテルの近位部と遠位部との間に延伸する第１光学チャンネルと、
   前記カテーテルの近位部と遠位部との間に延伸する、前記第１光学チャンネルとは別個の第２光学チャンネルと、
   前記第１光学チャンネルと光学連通すると共に、少なくとも１つの軸上段と少なくとも１つの軸外し段とを備えた第１ビーム方向転換器と、
   前記第２光学チャンネルと光学連通すると共に、少なくとも１つの軸上段と少なくとも１つの軸外し段とを備えた第２ビーム方向転換器とを含む、カテーテル。
2. 前記第１及び第２ビーム方向転換器が、同一の軸外し段を共有する、請求項１に記載のカテーテル。
3. 前記軸外し段が、前記第１及び第２光学チャンネルと光学連通したミラー及びプリズムの少なくとも一方を含む、請求項２に記載のカテーテル。
4. 前記第１ビーム方向転換器の前記軸外し段が、前記第１収集チャンネルと光学連通したミラー及びプリズムの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のカテーテル。
5. 前記第１ビーム方向転換器の前記軸上段が、前記第１光学チャンネルと光学連通したレンズを含む、請求項１に記載のカテーテル。
6. 前記第１光学チャンネルが光ファイバの第１コアを含み、前記第２光学チャンネルが前記光ファイバの第２コアを含み、前記第１及び第２コアは互いから離間されている、請求項１に記載のカテーテル。
7. 前記第１チャンネルが光ファイバ内の第１組のコアを含み、
   前記第２チャンネルが前記光ファイバ内の第２組のコアを含む、請求項１に記載のカテーテル。
8. 前記第１ビーム方向転換器の前記軸上段が、レンズの第１サブアパーチャを含み、該第１サブアパーチャが前記第１組のコアと光学連通し、
   前記第２ビーム方向転換器の前記軸上段が、前記レンズの第２サブアパーチャを含み、該第２サブアパーチャが前記第２組のコアと光学連通した、請求項７に記載のカテーテル。
9. 前記第１組のコアが、前記ファイバの軸と一致した中央コアを含み、
   前記第２組のコアが、前記中央コアの周りに円形に配置された一組の外周コアを含む、請求項７に記載のカテーテル。
10. 前記第１ビーム方向転換器の前記軸上段が、レンズの中央サブアパーチャを含み、該中央サブアパーチャが前記中央コアと光学連通し、
    前記第２ビーム方向転換器の前記軸上段が、前記レンズの外周サブアパーチャを含み、該外周サブアパーチャが前記外周コアと光学連通した、請求項９に記載のカテーテル。
11. 前記第１組のコアが前記ファイバの遠位面の第１部分と交差しており、前記第２組のコアが該遠位面の第２部分と交差しており、該第１及び第２部分が、互いに対する面角を形成する、請求項７に記載のカテーテル。
12. 前記第１チャンネルが第１組の光ファイバを含み、前記第２チャンネルが第２組の光ファイバを含む、請求項１に記載のカテーテル。
13. 前記第１組の光ファイバが、前記カテーテルの軸と一致した中央ファイバを含み、前記第２組の光ファイバが、該中央ファイバの周りに円形に配置された複数の外周ファイバを含む、請求項１２に記載のカテーテル。
14. 多チャンネル光学方向転換器であって、
    第１光学チャンネルと光学連通して配置されると共に、少なくとも１つの軸上段と少なくとも１つの軸外し段とを備えた第１ビーム方向転換器と、
    第２光学チャンネルと光学連通すると共に、少なくとも１つの軸上段と少なくとも１つの軸外し段とを備えた第２ビーム方向転換器とを含む、カテーテル。
15. 不安定プラークを識別するためのシステムであって、
    請求項１に記載のカテーテルと、
    光を前記第１光学チャンネル内に差し向けるための光源と、
    前記第２光学チャンネルからの光を検出するための検出器とを備えた、システム。
16. 前記カテーテルに結合された回転カプラを更に含む、請求項１に記載のシステム。
17. 管腔の壁部から光を収集する方法であって、
    送出ビームを前記管腔に沿って延伸する送出チャンネル内に伝達する段階と、
    前記送出ビームを偏向する段階と、
    前記送出ビームを前記壁部に差し向ける段階と、
    前記壁部から収集ビームを受け取る段階と、
    前記収集ビームを収集チャンネルに差し向ける段階と、
    前記収集ビームを前記収集チャンネル内に偏向する段階とを含む、方法。
    

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