JP2015532179A - ハイブリッドカテーテルシステム - Google Patents

Abstract

標的構造に関する情報を得るためのシステムおよび方法。システムは、コアと、コアを包囲するコーティングと、光軸と、近位端と、遠位端とを有する光ファイバを有する光電気要素を含む。光電気要素はまた、近位端と遠位端との間の光軸に沿ってコーティング内に埋め込まれている電気コネクタをも含む。トランスデューサが遠位端に配置され、電気コネクタに電気的に接続される。トランスデューサは、近位端から遠位端に伝送され、遠位端から標的構造に向けて出力結合されている光に応答して生成される第１のエネルギーを検出し、受け取った第１のエネルギーを電気コネクタに沿って送信されることになる電気信号に変換するように動作可能である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１０月２２日に提出された「Ｈｙｂｒｉｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ−Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｃａｔｈｅｔｅｒ」と題する米国仮特許出願第６１／７１６，８８１号、および、２０１３年１月２２日に出願された「Ｈｙｂｒｉｄ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国仮特許出願第６１／７５５，０５７号からの優先権およびその利益を主張する。上記特許出願の各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般的に、医学的画像化のためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、構造および機能性組織の情報を表すデータを、異なる複数の画像診断法の相補的な経路を通じて、同時に取得するように適合されているシステムおよび方法に関する。

蛍光または光音響画像化のような光学的画像化が、生きた生体組織における分子機能および遺伝子発現のｉｎ ｖｉｖｏ画像化に使用され得る。たとえば、特定の機能的、分子、および／または細胞内標的に対する感受性および特異性を有する外部から投与される化学物質（蛍光色素またはナノ粒子など）を使用して、超音波またはＸ線のような従来の画像診断法を使用して検出することができない事象を視覚化するために光学的画像が使用され得る。さらに、これらの化学物質を適切な光学的検出システムと組み合わせることによって、非常に高い検出感度および高い生物学的特異性をもたらすことができる。結果として、光学的画像化手法は、疾患の診断およびモニタリングにますます重要になってきている。

蛍光画像化に関して、一般的に、組織と関連付けられる蛍光色素からの蛍光の放出を励起するために、励起光が組織に向かって伝送される。この方法は従来、生体組織の組織切片の高分解能画像化のために蛍光顕微鏡法において実施されている。この従来の用途に加えて、ｉｎ ｖｉｖｏ蛍光画像化手法の例としては、共焦点画像化、多光子画像化、および内部全反射蛍光顕微鏡法が挙げられる。これらの手法において使用されることが多い励起光は、可視波長範囲内の光が使用される場合と比較してより深い組織進入深さを達成することができるため、近赤外線（近ＩＲ）範囲内にある。しかしながら、たとえ近ＩＲ光を使用しても、蛍光画像化中の光の組織内進入限界は、約０．５ミリメートル未満である。結果として、それらの現行の実施態様において、蛍光画像化システムは、血管内、肺気管支鏡、胃腸画像化におけるような、空洞器官の三次元または定量的画像化には適切ではない。

たとえば、消化管、肺系統、および心臓血管系のような空洞器官の画像化を含む、組織内の蛍光の分布を検出するための、近ＩＲ蛍光カテーテルシステムが開発されている。それらの現行の形態において、そのようなシステムは主に、蛍光反射画像化から導出される表面情報に依拠するが、これはいくつかの欠点をもたらす。特に、空洞器官の壁の中に埋め込まれる標的蛍光プローブから発せられる蛍光信号には、組織および血液における散乱および吸収に起因する減衰の問題がある。この減衰は一般的に、器官に血液が満たされているときはカテーテルからのプローブの未知の距離に指数関数的に依存する。したがって、実際の標的プローブよりもカテーテルに近い標的でないプローブから発せられる蛍光が、真の信号をめだたなくし、定量化を不正確にするおそれがある。そのようなシナリオの一例は、空洞器官が血管であり、血流を通じて蛍光染料が循環される状況によってもたらされる。この事例において、蛍光画像全体が血液中の蛍光信号で飽和するおそれがあり、それゆえ、任意の蛍光プローブが血管壁内のより深くに存在するか否かを示さなくなる。これらの制限のために、蛍光カテーテル、内視鏡システム、および血管内視鏡システムは実質的に、定量的な三次元の、または、二次元の情報さえ提供することができない。このタイプの情報は、いくつかの事例において、疾患を正確にマッピングし、治療に対する応答を定量化し、および／または標的病変内の蛍光信号を地理的に位置特定するために重要であり得る。

蛍光画像化に対する代替案が、多重スペクトル光音響トモグラフィ「ＭＳＯＴ」）である。ＭＳＯＴは、一時的なレーザ光によって組織を照明し、熱弾性効果を通じて組織の内部に圧力変動を生成することに基づき、これによって音響波伝播がもたらされる。これらの音響波は従来、組織の内側または外側境界から一定の距離において測定され、組織内のエネルギー付与の画像を形成するのに使用される。種々の波長のレーザ光を使用することによって、組織成分および組織バイオマーカの三次元マップを得ることができる。この技法は、様々な組織型を、それらのスペクトル特性に従って区別することを容易にし、励起波長において吸収共鳴を呈する蛍光プローブおよびナノ粒子を画像化することが示されている。蛍光画像化にまさるこの技法の利点は、光吸収化学物質の濃度の高分解能三次元マップを提供することができることである。特定の光学的化学物質および組織成分を三次元で位置特定することができることによって、標的領域にある複数の異なるプローブおよび組織の間で区別することが可能である。加えて、画像化される組織および空洞器官空間の生体構造を高分解能で解像することができるため、光減衰の補正を実施することができ、化学物質およびその特定のバイオマーカの濃度の定量的空間マッピングが改善されることになる。したがって、この技法は可能性として、蛍光画像化の限界、すなわち、望ましくない表面に偏重した画像および定量化されない結果を克服することができる。

逆に、蛍光画像化と比較して、光音響画像化は、蛍光色素の検出における感度が低い。これによって、光音響単独の手法の診断限界が生じる。たとえば、より多くの励起波長を含めること、または、平均化を使用して信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を増大させることによって検出感度を改善することはできるが、これらの過程に関連して、測定時間が増大する。三次元画像化は、視覚化によって適切に評価するために数百から数千のスライスを必要とするが、測定に必要とされる時間は理想的には、管腔内画像化のような手技に関しては、それらの侵襲的性質に起因して、数分を超えるべきではない。さらに、非侵襲的ＭＳＯＴ方法においてＳＮＲを増大させるための現行の手法を、空洞器官の画像化に転換することはできない。たとえば、複数の検出器を利用し、検出器サイズを最大化することによる、測定継続時間が数秒である二次元画像化のための非侵襲的手法が示されている。しかしながら、空洞器官の画像化は、これらの特性に非常に厳密な制約を課す。特に、外部に位置する検出器（すなわち、体内の管の外部にある）は、侵襲性が最小限度の検出については実現可能でなく、身体の外部にある非侵襲的センサは、信号を深刻に劣化させることなく血管内のソースからの信号を検出する見込みがない。加えて、センササイズが制限され、２つ以上のセンサを多重化することは複雑であり、センサあたりのＳＮＲが低減することになる。血管内超音波（「ＩＶＵＳ」）カテーテルを太い光ファイバに搭載することによって血管内光音響カテーテルを構築するためのいくつかの試行が行われている。しかしながら、このカテーテルによって達成される感度および速度は、ｉｎ ｖｉｖｏで分子プローブを画像化するのに十分ではなかった。加えて、この２シャフトカテーテルの合計の太さは数ミリメートルであり、人間の冠動脈の画像化に安全に使用する妨げとなっていた。

空洞器官の蛍光画像化を改善する他の手法は、光コヒーレンストモグラフィ（「ＯＣＴ」）を組み込むことを含んでいた。現在、そのような手法は、蛍光画像化を実施するための第１のシャフト、および、ＯＣＴを実施するための第２のシャフトを含み、それゆえ、ＯＣＴを通じて収集される構造的情報とともに、蛍光画像化を通じて収集される機能的情報を提供する二重シャフトカテーテルを提供する。上述したように、２シャフトカテーテルは、大きすぎて、人間の冠動脈の画像化のような多くの管腔内用途に安全に使用することができない寸法を必要とする。

それゆえ、構造的および機能的の両方の画像化が可能であり、また管腔内用途のためにそのような画像化を安全に実施するための寸法にもされている方法およびシステムを提供することが望ましい。

本発明は、組織と関連付けられる機能、構造、および／または分子活性を表す組織画像を生成するように動作することが可能である、管腔内画像化のためのハイブリッドカテーテルシステムを提供することによって、前述の欠点を克服する。これは、管腔内ナビゲーションを可能にするような寸法にされている単一シャフトカテーテル設計を介した、光学、光音響、および／または音響画像化を含む複数の画像化モードによって達成される。

本発明の一実施態様によれば、標的構造の情報を得るように構築されているシステムは、光電気要素およびトランスデューサを含む。光電気要素は、コアと、コアを包囲するコーティングと、光軸と、近位端と、遠位端とを有し、近位端と遠位端との間で光を伝送することが可能な光ファイバを含む。光電気要素はまた、近位端と遠位端との間の光軸に沿ってコーティング内に埋め込まれている電気コネクタをも含む。トランスデューサは遠位端に配置され、電気コネクタに電気的に接続される。トランスデューサは、近位端から遠位端に伝送され、遠位端から標的構造に向けて出力結合されている光に応答して生成される第１のエネルギーを検出し、受け取った第１のエネルギーを電気コネクタに沿って送信されることになる電気信号に変換するように構築されている。一実施態様において、第１のエネルギーは、音響エネルギーを含んでもよい。加えて、システムは、遠位端とトランスデューサとの間に位置付けられ、光軸を中心として回転可能な光結合ユニットを含んでもよい。任意選択的に、光結合ユニットおよびトランスデューサは、光結合ユニットおよびトランスデューサが光軸を中心として同時に回転可能であることを保証するために、互いに対して構造的に協働する。加えて、または代替形態において、光結合ユニットは、遠位端から標的構造に向けて出力結合される光の波長とは異なる波長の光エネルギーを含む第２のエネルギーを受け取るように動作可能であるように構築されてもよく、および／または、光電気要素は、管腔内に挿入可能であるような寸法にされている単一シャフトカテーテルとして構成される。代替的にまたは加えて、システムは、近位端と結合されている光源であって、光を、標的構造に、そのような光によって照明されるのに応答してトランスデューサが受け取ることが可能な第１のエネルギーを生成させるように定義される周波数において生成するように動作可能である、光源を含んでもよい。システムはまた、近位端においてロータリージョイントを通じて光電気要素と動作可能に接続されている画像データ処理回路をも含んでもよい。

本発明の実施形態は、標的構造を画像化するための方法をさらに提供し、光ファイバと、光ファイバのコーティング内に埋め込まれている導電性部材とを備える光電気要素を使用して、第１の波長の光エネルギーを標的構造に向けて伝送することを含む。この方法はまた、第１の波長の伝送された光エネルギーに応答して、標的構造からの第２の波長の光エネルギーと標的構造からの音響エネルギーの両方を同時に取得することをも含む。この方法は、標的構造を表すデータを形成するために、第２の波長の光エネルギーを、光ファイバを通じて伝送すること、および／または、音響エネルギーを、導電性部材を通じて画像データ処理システムに伝送することをさらに含む。代替的にまたは加えて、この方法は、第２の波長において伝送される光エネルギーおよび音響エネルギーに基づいて標的構造の画像を生成するステップを含んでもよい。この方法は、（ｉ）音響励起信号を、光電気要素を通じて標的構造に送信することと、（ｉｉ）標的構造において受信される、送信された音響励起信号に応答して、光電気要素を使用することによって、標的構造から音響エネルギーを取得することとをさらに含んでもよい。

以下の説明において、本明細書の一部を形成し、本発明の好ましい実施形態が例として示されている添付の図面を参照する。しかしながら、そのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、それゆえ、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲および本明細書が参照される。

本発明によるハイブリッドカテーテルシステムの側面断面図である。 本発明による別のハイブリッドカテーテルシステムの側面断面図である。 図１ａまたは図１ｂのハイブリッドカテーテルシステムとともに使用するための光電気要素の光ファイバの正面断面図である。 図１ａまたは図１ｂのハイブリッドカテーテルシステムとともに使用するための光電気要素の別の光ファイバの正面断面図である。 本発明の方法の一実施形態を概略的に示す流れ図である。

本発明は、標的生体構造の機能的、構造的、および／または分子画像化のために構成されているハイブリッドカテーテルシステムを提供し、米国特許出願第１２／０２０，７６５号および米国特許出願第６１／７１６，８８１号に関連する。これら特許出願の各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ハイブリッドカテーテルシステムは、光学的画像化、光音響画像化、および／または音響画像化を含む複数の画像化機能を可能にするように構築されている単一シャフト設計を含む。加えて、単一シャフト設計は、２つ以上のシャフトを有するカテーテルが動作するのが実際的ではない、空洞器官の管腔内画像化（血管内視鏡画像化用途、胃腸画像化用途、気管支鏡画像化用途、耳鼻咽喉科学的用途、泌尿生殖器画像化用途など）ならびに／または内視鏡全般および侵襲的画像化用途に使用するのに適切な寸法にされている。

図１ａおよび図１ｂを参照すると、本発明によるハイブリッドカテーテルシステム１０の実施形態が提示されている。図１ａおよび図１ｂに示すように、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、光電気要素１２と、一実施態様においてトランスデューサ１４および光結合ユニット１６を含むプローブユニット１３とを含むことができる。光電気要素１２は、コア２０、クラッディング３０、コーティング２８、および光軸２２を含む光ファイバ１８（その名称は図１ａ、図１ｂには示されていない）のような導光路と、近位端２４および遠位端２６とを含むことができる。トランスデューサ１４および光結合ユニット１６は、光電気要素１２の遠位端２６と動作可能に繋がっている。異なる実施形態において、一形態のエネルギーを別の形態に変換するトランスデューサ１４は、送信機、受信機、および／または送受信機としてさらに構成することができる。加えて、図２ａおよび図２ｂの断面図に示すように、光ファイバの実施形態１８Ａおよび１８Ｂは、下記にさらに説明するような、コーティング（複数の場合もあり）２８、２８Ａと、光ファイバクラッディング材料３０と、（１つまたは複数の）コーティング２８、２８Ａ内に埋め込まれている１つまたは複数の電気コネクタまたは部材３２とを含むことができる。２本のワイヤのような、（１つまたは複数の）電気コネクタ３２が、送受信機／トランスデューサ１４との電気的接続を確立されており、たとえば、光電気要素１２に沿ってトランスデューサ１４と電気信号をやり取りして送信するために、光ファイバ１８と並んで（すなわち、光軸２２に沿って）遠位端２６から近位端２４まで延伸する。動作時、近位端２４はまた、画像化システムを形成するために、接続モジュール（図示せず）を介して画像データ処理システム３５に動作可能に接続することもできる。さらに、任意選択的に、図１ｂに示すように、レンズ３７がプローブユニット１３と光電気要素１２との間に設けられてもよい。

上述したように、また従来技術のカテーテルとは対比的に、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、データの電気的転送のためのチャネルをデータの光学的転送のためのチャネルと協働させる単一の動作可能なストランドによって光学的画像化、光音響画像化、および／または音響画像化を可能にするように構築されている。これらの画像化モードのうちの１つまたは複数は、トランスデューサ１４および光結合ユニット１６を通じてアクセス可能な標的シーン（たとえば、生体構造）の機能、構造、または分子活性を表す、ともに見当合わせされた画像を提供するために、ハイブリッドカテーテルシステム１０によって同時にまたは相伴って達成されてもよい。標的シーンを表す光学データを取得するために、図１ａおよび図１ｂに示すように、励起光が光電気要素１２の光ファイバ１８を通じて供給され、光結合要素１６から標的生体構造３４に向けて出力結合され、標的生体構造３４から受け取られる光（たとえば、入射励起光に応答して構造３４によって放出される光）が光結合ユニット１６によって収集され、光電気要素１２に沿って、近位端２４およびさらには画像データ処理システム３５に向けて伝送される。音響画像化を達成するために、励起電気信号が、光電気要素１２の１つまたは複数の電気コネクタ３２に沿ってトランスデューサ１４に向けて送信され、音響信号に変換されて標的生体構造３４に向けて放出され、応答した音響エネルギー（すなわち、標的構造３４によって反射し戻される音響エネルギー）がトランスデューサ１４によって検出されて電気信号に変換され、光電気要素１２に沿って画像データ処理システム３５にさらに送信される。光音響画像化を達成されるために、励起光が光電気要素１２から出力結合され、入射する励起光に応答して標的生体構造３４から放出される音響エネルギーが検出され、電気および／または光信号に変換され、光電気要素１２に沿ってシステム３５の画像データ処理回路（たとえば、特別にプログラムされているコンピュータプロセッサなど）に送信される。より具体的には、光音響動作モードにおいて、構造３４は、光ファイバ１８に沿って光結合ユニット１６を通じて構造３４に供給される光によって照明される。供給される光は、熱可塑性効果を通じて組織３４の内部に圧力変動を生成し、組織３４において音響波がもたらされる。トランスデューサ１４において検出されるそのような音響波の一部が電気データに変換され、当該電気データは（１つまたは複数の）導電性部材３２に沿って画像データ処理システム３５に供給される。したがって、プローブユニット１３と並置されている単一ストランド光電気要素１２を使用することによって、予期せずこれら３つの画像化モードを達成することができ、それによって、二重または三重モード画像化機能を有する単一シャフトカテーテル設計がもたらされる。

蛍光画像化のような光学的画像化をさらに参照すると、光源（レーザ光源など、図示せず）からの励起光は、光ファイバ１８を通じて近位端２４から遠位端２６へと伝送し、遠位端２６から管腔の組織のような標的生体構造３４に向けて出力結合することができる。一例において、励起光は、遠位端２６から、実質的に光軸２２に対して横断する方向に出力結合される。これは、たとえば、光結合ユニット１６（図１ａ、図１ｂに示す）の一部としての光学プリズムを利用することによって達成される。励起光に応答して標的生体構造３４から放出される光が、同じプリズムを通じて光ファイバ１８によって収集され、遠位端２６から近位端２４に伝送される。検出された光はその後、標的生体構造３４を表す画像データを形成するために、システム３５の画像データ処理回路（たとえば、特別にプログラムされているコンピュータプロセッサなど）に伝送することができる。標的生体構造３４を表すこの画像データは、標的生体構造３４の画像を生成し、ならびに／あるいは、標的生体構造３４の機能および／または分子情報（たとえば、標的生体構造３４内の標的蛍光プローブの濃度）を抽出もしくは報告する（たとえば、操作者または有形コンピュータ可読媒体上のストアに見えるようにする）のに使用されてもよい。

一実施形態において、光電気要素１２の光ファイバ１８は、ほんの数例を挙げると、単一クラッド設計または２つ以上のファイバクラッディングを含む設計を有する単一モードファイバまたはマルチモードファイバを含んでもよい。ハイブリッドカテーテルシステム１０は光学的に、ビームスプリッタ３６およびレンズ３７を通じて、画像データ処理システム３５または画像化システムの別個のコントローラによって制御することができる光学検出器構成要素（たとえば、同期光子検出器モジュールなど、図１ａ、図１ｂには示さず）と並置することができる。光学検出器構成要素は、たとえば、光電気要素１２によって収集されているが、標的生体構造３４の蛍光プローブに由来するものではなかった光をフィルタリング除外するために、適切な光学フィルタを含むことができる。

いくつかの用途において、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、マルチスペクトル蛍光画像化のために利用されてもよい。たとえば、標的生体構造３４と関連付けられる蛍光を励起するために、複数の異なる波長の励起光を光結合ユニット１６から出力結合することができる。各励起波長について、蛍光画像データが収集され、対応する蛍光画像を生成することができる。複数の異なるそれぞれの波長の励起に応答して生成される蛍光画像の間の差に寄与する要因は、１）所与の波長における蛍光プローブ（たとえば、分子／細胞標的蛍光色素）の事前に分かっている効率、２）所与の波長における組織または標的蛍光プローブの散乱および吸収係数、ならびに３）蛍光プローブのプローブユニット１３からの距離を含み得る。下記にさらに説明するように、光音響画像化を実施して、標的組織の吸収係数を求めることができる。この情報、および、散乱が波長に強く依存しないという事実を使用して、蛍光プローブとプローブユニット１３との間の距離を求めることができる。したがって、いくつかの波長を励起に利用することによって、複数の異なる深さにあるいくつかの蛍光プローブを解像することができる。この最も単純な形態において、データ処理演算は、データの減算または除算を含み得るが、マルチスペクトル画像化において利用される多くの他の処理方法が適用されてもよい。そのようなデータ処理は、画像データ処理システム３５によって実行されてもよい。

さらに、演算に関連して、光学検出器構成要素は、任意選択的に、散乱光を排除し、標的生体構造３４内の特定の深さにおいて適切に動作することを可能にするために、焦点からの光検出のために、または、共焦点検出において構成されてもよい。したがって、光電気要素１２の近位端に対する開口および／または光学検出器構成要素の位置を動的に変更することによって、深さ依存測定を達成することができる。マルチスペクトル画像化情報は、マルチスペクトル光学検出器（たとえば、分光器など）を使用することによってさらに拡大することができる。分光器は、収集された蛍光のスペクトルを測定することができ、それゆえ、生成される蛍光画像内の各ピクセルについての二次元スペクトル情報が取得されることを可能にする。この情報は、ハイブリッドカテーテルシステムにおける自家蛍光の影響を低減するのに使用することができる。たとえば、いくつかの組織は、それらのコラーゲンレベルに応じて、自家蛍光を生成する。マルチスペクトル画像化を通じたスペクトル分析によって、所望されるプローブ蛍光に起因して検知された光と、自家蛍光に起因して検知された光とを分離することが可能になり得る。自家蛍光を低減するように光情報を正規化することによって（言い換えれば、所望のプローブ蛍光から検知された光のみを使用することによって）、感度および／またはＳＮＲの増大を達成することができる。これは、生成される画像における解剖学的特徴またはその変化を検出するときに望ましい場合がある。さらに、特定の組織から検知される自家蛍光の量を求めることは、特定の診断用途に有用である場合がある。加えて、マルチスペクトル画像化に関連して、異なる波長の蛍光は異なって減衰するため、検知される蛍光色素の深さのより良好な解像のために、追加のスペクトル情報を使用することができる。

たとえば、システム３５の画像データ処理回路による画像再構築および生成に関連して、深さを解像した蛍光再構築を実施するための１つの方法は、モデルベースの最適化アルゴリズムを使用することを含む。そのようなモデルは、入力として、標的生体構造媒質３４の光吸収および散乱係数、蛍光プローブの位置、濃度、およびスペクトル、ならびに、光電気要素１２の位置および向きの三次元マップを受信することができる。その後、モデルは、実際の検出において予測される蛍光信号を出力することができる。下記にさらに説明するように、散乱係数は、先見的な分布（たとえば、血液に対する１つの値、および、組織に対する異なる値）を仮定し得、吸収係数は、光音響画像から得ることができる。プローブの吸収および蛍光スペクトルも、それぞれの蛍光プローブの分かっている特性に従って、事前に求めることができる。モデルはその後、蛍光プローブの濃度のマップを、測定または検出されるべき信号に結びつけることができる。最適化アルゴリズムは、ランダム探索、遺伝的アルゴリズム、下降アルゴリズムなどのような方法を使用して、実際の測定信号に最良に適合する信号を出力する最終的な蛍光プローブマップを求めることができる。

蛍光画像化に加えて、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、ラマン分光法、および／またはＮＩＲ分光法のような、上述したものと同様の技法を使用して、他の光学的画像化モードを適用することができる。いずれにせよ、ハイブリッドカテーテルシステム１０の光学的画像化モードは、概して、標的生体構造３４に向けて出力結合される第１の光を提供し、標的生体構造３４の画像を生成するのに使用するための、異なる波長、同じ波長、異なる角度などの第２の光を検出することができる。

ここで、光音響画像化を参照すると、光源からの励起光は光ファイバ１８を通じて近位端２４から遠位端２６へと伝送され、遠位端２６から標的生体構造３４に向けて出力結合され得る。励起光に応答して標的生体構造３４から放出される音響エネルギーが、トランスデューサ１４によって検出され、電気信号に変換され、電気コネクタ３２を介して遠位端２６から近位端２４へと送信され得る。この電気信号はその後、画像データ処理システム３５に送信され得、画像データ処理システム３５は、標的生体構造３４の三次元画像を生成することができ、それによって、標的生体構造３４の構造的情報がもたらされる。さらに、収集されたデータは、標的生体構造３４の構造的情報を抽出および／または報告するように処理することができる。代替的に、いくつかの用途において、トランスデューサ１４は、光ファイバ１８に接続することができ、検出された音響エネルギーを光信号に、当該光信号を光ファイバ１８を通じて画像データ処理システム３５に送信するために変換することができる。

ハイブリッドカテーテルシステム１０は、単一の波長または複数の波長から成るセットの励起光を使用した光音響画像化を可能にし得、したがって、マルチスペクトル光音響画像化、またはマルチスペクトル光音響トモグラフィ（「ＭＳＯＴ」）を可能にする。臨床的に実行可能な画像化レートを可能にするために、たとえば、励起光は、実質的に高いレート（１ｋＨｚまたは１０ｋＨｚ超など）でパルス化され得るか、または、励起光は、実質的に高い繰り返しレート（１ｋＨｚまたは１０ｋＨｚ超など）を有する複雑な周期的エンベロープを用いて強度変調され得る。励起光が提供される一般的なスペクトル範囲は約６００ナノメートル（ｎｍ）〜約１０００ｎｍであるが、本発明の実施形態は、他のスペクトル窓の中で（可視光範囲内などで）動作するように構成されてもよい。選択されたスペクトル範囲内で選択される波長の光を、複数の異なる時点において標的組織３４に供給することができ、それによって、各それぞれの波長における吸収に比例する音響信号がもたらされる。各所与の波長に対する音響信号が処理されて、特定の波長において組織内に吸収されているエネルギーの光音響画像が生成され得る。画像は、所与の波長における吸収係数を得るためにさらに処理され得る。したがって、マルチスペクトル画像を使用して、画像化される組織の深さ全体を通じて吸収スペクトルを見つけることができる。このスペクトル情報を使用して、組織／血液の組成を判定し、また、予備知識として、上述したように、蛍光画像の定量化を改善することができる。加えて、いくつかの用途において、ＭＳＯＴはまた、標的生体構造内の蛍光プローブを検出するのに使用されてもよい。

ここで、超音波画像化のような音響画像化を参照すると、画像データ処理システム３５または画像化システムの別個のコントローラから、電気コネクタ３２をわたってトランスデューサ１４へ、電気励起信号が送信され得る。電気励起信号は音響信号に変換され、送受信機として動作するトランスデューサ１４が、標的生体構造３４に向けて音響信号を放出する。音響信号に応答して標的生体構造３４から放出される音響エネルギーが、トランスデューサ１４によって検出され、電気信号に変換され得、電気信号はその後、（１つまたは複数の）電気コネクタ３２を介して遠位端２６から近位端２４へ、さらに画像データ処理システム３５へと送信される。画像データ処理システム３５は、標的生体構造３４の超音波画像を生成して、その三次元構造情報を提供することを可能にされる。さらに、収集されたデータは、標的生体構造３４の構造的情報を抽出および／または報告するように処理することができる。代替的に、いくつかの用途において、トランスデューサ１４は、光ファイバ１８に接続することができ、検出された音響エネルギーを光信号に、当該光信号を光ファイバ１８を通じて画像データ処理システム３５に送信するために変換することができる。

上述したように、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、管腔内画像化に使用するための寸法にすることができる。結果として、音響画像化モードの１つの特定の用途は、血管内超音波（「ＩＶＵＳ」）画像化を含むことができる。より具体的には、ＩＶＵＳ画像化は、（たとえば、パルス反射動作を介して）トランスデューサ１４から超音波バーストを放出し、組織からトランスデューサ１４に反射し戻される波を検出することによって実施することができる。反射音響波から収集されたデータは、処理されて、空洞器官の、その音響特性を表す三次元構造画像を形成することができる。

ハイブリッドカテーテルシステム１０は、標的生体構造３４の構造的および／または機能的特徴を正確に捉えるために、上述した画像化モードの１つ、２つ、または３つを同時に、並行して、または連続的に遂行することができる。上述したように、並行画像化（光学的画像化と同時の、またはそれと重なった光音響画像化など）は、１つの画像化モード（光音響など）を通じて収集された情報が、別の画像化モード（光学的、より具体的には蛍光など）を制御するときの予備情報として使用されることを可能にすることができる。そのような、特に光音響画像化を通じて得られる予備情報を使用することを可能にする並行画像化は、伝播の深さに対する蛍光強度の強い非線形依存と関連付けられる従来の蛍光画像化定量化問題を改善する一助となることができる。したがって、概して、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、一形態のエネルギー（第１の波長の光エネルギーなど）を放出し、別の形態のエネルギー（第２の異なる波長の音響エネルギーまたは光エネルギーなど）を検出または測定することによって、複数の画像化モードを遂行することができる。対照的に、他のハイブリッドカテーテルによる光学的画像化は、生体組織に向けて第１の波長の光エネルギーを放出し、その後、同じ第１の波長の散乱光子を検出することしかできない。さらに、そのようなカテーテルは、投与される造影剤に基づいて分子画像化を実施するのにその機能を制限されている。

特定の一応用例において、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、光電気要素１２から出力結合される同じ励起光に応答して標的生体構造３４から放出される蛍光および音響エネルギーを検出することによって同時二重蛍光および光音響画像化を可能にし得る。したがって、そのような用途において、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、その遠位端２６において組織を照明することができ、単一の照明の結果として生体組織３４内で生成される同じ性質（光）および／または異なる物理的性質（音）のエネルギーを検出することができる。加えて、そのような用途において、本発明に従って、複数の時分割レーザ励起も実現可能であり得る。別の例示的な用途において、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、蛍光および超音波画像化のように、光学的および音響画像化を組み合わせることができる。光音響画像化、ならびに、ラマン分光法、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、および／またはＮＩＲ分光法のような他の光学的画像化モードを統合することもできる。光音響画像化および音響画像化の両方を含む用途（二重光音響および音響画像化または三重光学的、光音響、および音響画像化などによる）において、２つのモード間のクロストークを防止するために、動作を同時に実施するのではなく、連続的に、１つの画像化動作が他の画像化動作に後続することができる。加えて、いくつかの用途において、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、組み合わせＮＩＲ蛍光画像化およびＯＣＴのような、複数の光学的画像化モードを提供することができる。

上述したように、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、管腔内画像化に使用するための寸法にすることができる。たとえば、約１ミリメートル以下の直径が、ハイブリッドカテーテルシステム１０の安全な管腔内ナビゲーションを可能にすることができる。管腔内画像の間、ハイブリッドカテーテルシステム１０がプッシュ／プル手段（図示せず）を使用することによって管腔内に挿入されて管腔に沿って動かされ、一方で、プローブ１３が空洞管腔内で実質的に３６０度または円周範囲（すなわち、光軸２２を横断する）内で音響および／または光学的情報を捕捉することを可能にするために軸２２を中心として角度回転するように作動される。より具体的には、光結合ユニット１６およびトランスデューサ１４は、光学的、光音響、および／または音響画像化を介した空洞管腔の３６０度画像キャプチャ（すなわち、円筒図）を可能にするために、たとえば、連続的にまたは角度間隔をおきながら、光軸２２を中心として、（図１ａおよび図１ｂに示すように）近位端２４にある固定シャフト部分３８に対して、同時にまたは独立して回転するように制御することができる。いくつかの用途においてそのようなプローブ１３の再配置および／または再配向を達成するために、ハイブリッドカテーテル１０の一実施形態は、任意選択的に電気ロータリージョイントと一体化された光ロータリージョイントを含むロータリージョイント４０を備えることができる。たとえば、トランスデューサ１４と画像データ処理システム３５との間の電気的接続を可能にするために、電気ロータリージョイントは、光ロータリージョイントを中心に置いたスリップリングを使用して実装されてもよく、したがって、低周波数電力伝送に使用されるロータリージョイントと同様の構成の単一の組み合わせジョイントが提供される。

複数の画像化モードを同時に操作すること、ならびに、管腔に沿ってカテーテルのプローブ１３を再配置および角度再配向することによって、複数モード画像をともに見当合わせして、管腔の長さに沿った３６０度画像データキャプチャを遂行することが可能になる。たとえば、画像データ処理システム３５は、回転速度、および、画像データ処理システム３５のプロセッサによって実行されるカテーテル１０の後退運動を、物理単位（それぞれ経時的な度およびセンチメートルなど）で求め、および／または制御することができる。これらの物理測定値はその後、寸法が正確な画像を生成するために、標的生体構造３４からカテーテル１０の光電気ユニット１２およびロータリージョイント４０を通じて供給される取得された音響エネルギーおよび光の取得率ならびに／または光源の照明率によってともに見当合わせされ得る。たとえば、画像データ処理システム３５と関連付けられる有形コンピュータ可読媒体上に記憶されている適切なコンピュータプログラム製品を使用して、画像データ処理システム３５は、管腔の三次元画像またはそのような三次元画像の二次元代表画像を生成することを可能にされる。

したがって、ハイブリッドカテーテルシステム１０は、空洞構造アーキテクチャの統合画像化を利用することによって、空洞器官の光音響および／またはＩＶＵＳ画像化と組み合わせた二次元または三次元定量的蛍光画像化を可能にすることができる。単一周波数またはマルチスペクトル光音響画像化および／またはＩＶＵＳ画像化と統合された、上述した技法を使用した深さ解像および光学的特性補正蛍光画像化が、正確な解剖学的、機能的および／または分子情報を含む豊かな情報をもたらすことができる。特定の例において、そのような機能は、本発明の、危険性の高いアテローム性動脈硬化症のｉｎ ｖｉｖｏ検出と、血管ステント病状ならびに疾患および治療の進行の評価と（たとえば、構造および疾患バイオマーカを正確に見当合わせすることによる）のための血管内カテーテルとしての臨床的可能性を大きく増大させることができる。

本発明の単一シャフト設計をさらに参照すると、この設計は、単一の光ファイバ１８、および、光ファイバ１８のコーティング２８内に埋め込まれている電気接続３２（マイクロワイヤなど）の使用を通じて達成することができる。ハイブリッド光電気カテーテルの関連実施態様は、純粋に電気的な動作を可能にされた、超音波トランスデューサに接続されている１つまたは複数のシャフト、および、純粋に光学的な動作に適合された１つまたは複数のシャフトのような、単一のシース内に互いに隣接して保持されている２つ以上のシャフトまたはストランドに基づく。二重シャフトまたは二重ストランド設計には、本発明の単一シャフト設計と比較して２つの主要な欠点がある。すなわち、サイズと複雑度である。サイズに関して、１つの代わりに少なくとも２つのシャフトが使用されるため、また、これらのシャフトを単一のユニットとして保持するために多くの場合、追加のシースが必要になるため、結果もたらされるカテーテルのサイズは、カテーテルの構成要素のサイズを合計したものよりも大きくなる。結果として、二重シャフトカテーテル設計は、生体管腔を通じたナビゲーションにより小さい寸法が必要とされる管腔内画像化に対しては安全でなく、または適合しない場合がある。複雑度に関して、両方のシャフトがそれら自体の軸を中心として回転しない非同心配置を使用することによって、回転する光および電気シャフトを固定シャフトに接続するために、より高性能なロータリージョイントが必要になる。そのようなロータリージョイントは、光学的損失が高いことが特徴になることが多い。逆に、本発明のシステム１０の回転の中心は光ファイバ１８の中心（すなわち、光軸２２）を通るため、複雑な非同心光ロータリージョイントの代わりに従来の同心光ロータリージョイント（参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第４，３９８，７９１号明細書に記載されているようなもの）が、任意選択的にカテーテル１０の近位端２４に使用されてもよい。

その上、従来の超音波管腔内カテーテル（すなわち、ハイブリッドカテーテルではない）は、電気信号をトランスデューサとやり取りして通すのに同軸ケーブルを必要とする。この従来の手法は、送信信号の損失が低いことを特徴とする。しかしながら、本発明において使用されるもののようなワイヤを使用することは、それらの関連する信号減衰が同軸ケーブルにおいて得られるものよりも大幅に高いため、超音波においては一般的でない。たとえば、一般的に、マイクロワイヤが使用される場合、屈曲および抵抗損失に起因する信号の損失が予測され得る。それにもかかわらず、本発明のためにサイジングされたワイヤ（５０マイクロメートル径ワイヤなど）の信号減衰は、上述した本発明の使用にとっては許容可能であり得る。たとえば、マイクロワイヤを同軸ケーブルと比較した実現可能性の実験は、マイクロワイヤを使用することによって、信号振幅における約５０パーセントの損失がもたらされ得ることを示した。具体的には、超音波パルサ／受信機に接続されている同軸ケーブルを有する１５ＭＨｚトランスデューサを使用して同軸信号が生成された。この構成がパルス反射技法によって操作されて、トランスデューサから一定距離に配置されたカーボンチューブからの音響反射が測定された。その後、同軸ケーブルを、２メートル長で５０マイクロメートル径の２本のワイヤに置き換えることによってマイクロワイヤ信号が生成された。同じ操作が実施されて、同じ標的からの音響反射が測定された。ワイヤを使用する結果として、同軸ケーブルと比較して信号減衰において望ましくない損失がいくらかもたらされるが、そのような信号減衰は、本発明の使用にとって許容可能である。さらに、この損失は、ハイブリッドカテーテルシステム設計を最適化することによって低減することもできる。

図２ａおよび図２ｂの例を再び参照すると、それぞれ、本発明のハイブリッドカテーテル１０の単一シャフト実施形態の光電気要素１２の光ファイバ１８Ａ、１８Ｂの断面図の例が示されている。この実施形態の構造が単一シャフトまたは単一ストランドであることによって、光電気要素１２が実質的に同心の単一のユニットとして動作することが可能になる。図２ａは、コア２０と、クラッディング３０と、第１のコーティング２８と、第２の任意選択の可撓性コーティング２８Ａとを有する光ファイバ１８Ａの一実施形態を示す。２つの電気コネクタ３２が、第１のコーティング２８の面に沿って埋め込まれ得、第２のコーティング２８Ａが、このハイブリッド構造を被覆するために被着され得る。図２ｂは、コア２０と、クラッディング３０Ａと、単一のコーティング２８とを有する光ファイバ１８Ｂの一実施形態を示す。この構成において、クラッディング３０Ａ内に２つの対向する溝またはトラフ４２を含む被覆されていないカスタム光ファイバが設計基礎として使用され得る。対向する溝を有する例示的な被覆されていないファイバは、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７６８，４６２号明細書に記載されている。この基本構造を使用して、電気コネクタ３２は、溝４２の中に置かれるか、または入れられ得、ハイブリッド構造を被覆し、電気コネクタ３２を埋め込むためにコーティング２８が被着することができる。いくつかの実施形態において、図２ａおよび図２ｂに示すように、２つの電気コネクタ３２が光ファイバ１８に沿って対称に置かれてもよい。他の実施形態において、２つの電気コネクタ３２は、光ファイバ１８に沿って非対称に置かれてもよい。たとえば、光ファイバ１８Ｂは、クラッディング３０Ａ内に非対称溝４２を有し、したがって、入れられた電気コネクタ３２が光ファイバ１８Ｂに沿って非対称に置かれるように設計されてもよい。

電気コネクタ３２をファイバコーティング２８内に埋め込むことによって電気コネクタ３２が光ファイバ１８と並置されている本発明の上記のシャフト設計は、電気コネクタをフォーマットする他の既知の技法（たとえば、金属化または内部電極ファイバなど）よりも有利である。金属化技法は、容易に割れる壊れやすいシャフトをもたらすことが多い。加えて、標準的な金属化技法は、金属化材料によるファイバ表面の均一な被覆をもたらすが、本発明の一実施形態における電極コネクタの構造は、互いから分離される２つの個々の電極を含む。内部電極を有するファイバに関して、そのような技法はポーリング用途に広く使用されている。内部電極を可能にするために、それらのクラッディング内に２つの毛細管孔を有するファイバが製造され、その中にワイヤが手作業で挿入され得る。しかしながら、ワイヤを手作業で挿入するのは技術的に困難であり、約１ｍよりも短いファイバに限定される。ワイヤを手作業で挿入する代わりに、脱皮した金属を、孔を通じて引き込むことができ、この金属は固化した後、電気ワイヤに変わる。この技法は時間もかかり、付着したワイヤの中の間隙を防止するために特別な注意が必要であり、結果もたらされるワイヤの機械的安定性は不明確である。さらに、電極をコネクタ化するには、ファイバを面研磨して、外部ワイヤを導電性エポキシ樹脂を使用して電極に付着させる必要がある。プロセスの複雑度に加えて、これらの接触の長期安定性も不明確である。別の技法において、ワイヤは、ファイバが引き込まれるときに孔に挿入されてもよく、良好な機械的特性を有する長いファイバを製造することが可能になる。しかしながら、この技法もまた、ワイヤにアクセスするために面研磨を必要とする。毛細管孔を有するファイバに基づくそのような技法は、固定光学デバイスのために開発されており、より高度な機械的性能が必要とされる医療用途で使用するためには開発されていないことがさらに留意される。他の技法の上記の欠点に照らして、本発明の埋め込み方法の利点は、製造およびコネクタ化が単純であること、および、カテーテルの機械的特性が良好であること（たとえば、屈曲するときに破断しないため）を含む。容易にコネクタ化することが可能であることは、ワイヤをファイバのガラス部分の上で、かつコーティングの下に置く結果である。加えて、電気コネクタ３２がファイバ１８よりも長い場合、それらをさらに引くかまたは他の様態で形成する必要がある上述の従来の技法と比較して、それらは自然に突出する。

ハイブリッドカテーテルシステム１０において、より長い電気コネクタ３２が自然に突出することによって、電気コネクタ３２とトランスデューサ１４との間、および電気コネクタ３２とロータリージョイント４０との間に電気接続を生成することが容易になり得る。より具体的には、近位端２４において、近位端２４において、電気コネクタ３２はシャフトから延伸することができ、ロータリージョイント４０に接続することができる。また、上述したように、光ファイバ１８の近位端２４は、コネクタ化して、ロータリージョイント４０に接続することができる。ロータリージョイント４０はその後、回転シャフトを固定部分３８に接続し、固定部分は、画像システムの光学および電気制御部、ならびに画像データ処理システム３５に接続され得る。

本発明の方法の一例が図３の流れ図に概略的に示されており、ステップ３１０において、第１の波長の光エネルギーが光電気要素の遠位端を通じて標的に向けて伝送される。光電気要素は、導光路（光ファイバなど）と、導光路の近位端および遠位端を電気的に接続するために、そのコーティング層内に埋め込まれている導電性部材とを含む。標的構造は管腔を含んでもよく、光電気要素は、そのような管腔の内部に適合するように考慮された寸法にされている。ステップ３２０において、光電気要素を通じて供給された光エネルギーによって照射されるのに応答して標的によって生成される、第２の波長の光エネルギーおよび音響エネルギーの少なくとも１つにある反射が、光電気要素において取得される。取得された反射エネルギー（光エネルギーもしくは音響エネルギーおよび／またはその両方にかかわらず）はその後、ステップ３３０において、光電気要素およびその近位端を通じてデータ処理回路に伝送される。このデータ処理回路は、たとえば、ステップ３４０において、標的を表すデータを形成し、任意選択的に、そのように形成されたデータに少なくとも部分的に基づいて標的の画像を作成するように特別にプログラムされているコンピュータプロセッサ等である。標的画像を形成する任意選択のステップは、３Ｄ画像を生成することを含んでもよい。加えて、方法は、（図３には示されていない）（ｉ）標的を表すデータに基づいて標的に関する機能的および構造的情報の少なくとも１つを求めるステップと、（ｉｉ）光電気要素を通じて標的に向けて音響励起信号を送信するステップと、（ｉｉｉ）標的によって受信される送信された音響励起信号に応答して標的から音響エネルギーを取得するステップと、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。

本明細書全体を通じて「１つの実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「関連実施形態（ａ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、または同様の文言が参照されているが、これは、「実施形態」に対する参照に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、これらの語句および用語の出現は、必ずしもそうであるとは限らないが、同じ実施態様を参照してもよい。単独で、および、可能性として図面とともに取り上げられている本開示のいずれの部分も、本発明のすべての特徴の完全な記述を提供するように意図されていないことは理解されたい。

加えて、以下の開示は、対応する図面を参照して本発明の特徴を説明し得る。図面において、同様の参照符号は、可能な限り同じまたは同様の要素を表す。図面において、描写されている構造的要素は一般的に原寸に比例しておらず、強調し、理解を明瞭にする目的で、特定の構成要素が、他の構成要素に対して拡大されている場合があることが理解される。いかなる単一の図面も、本発明のすべての特徴の完全な説明をサポートするようには意図されていないことも理解されたい。言い換えれば、所与の図面は、一般的に本発明のすべての特徴を説明するものではなく、一般的にそのいくつかのみを説明する。所与の図面およびそのような図面を参照する記載を含む本開示の関連部分は、所与の図面および説明を単純化する目的で、また、説明をこの図面に描かれている特定の要素に向けるために、一般的に、特定の図のすべての要素、または、この図の中に提示され得るすべての特徴を含むものではない。本発明は可能性として、１つまたは複数の特定の特徴、要素、構成要素、構造、詳細、もしくは特性なしに実践されてもよく、または、他の方法、構成要素、材料などを使用することによって実践されてもよいことを、当業者は認識しよう。それゆえ、本発明の一実施形態の特定の詳細は必ずしも、そのような実施形態を説明するすべての図面に示されていない場合もあるが、本明細書の文脈が別途要求しない限り、図面にこの詳細が存在することが暗示され得る。他の事例において、周知の構造、詳細、材料、または動作は、説明されている本発明の一実施形態の態様が不明瞭になるのを回避するために、所与の図面に示されていないか、または詳細に説明されていない場合がある。さらに、本発明の説明されている単一の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数のさらなる実施形態において任意の適切な様式で組み合わされてもよい。

その上、概略論理フローチャート図において、論理フローの図示されている順序およびラベリングされているステップは、提示されている方法の一実施形態を示す。例示されている方法の１つもしくは複数のステップまたはその部分に機能、論理、または効果が均等である他のステップおよび方法が想起され得る。

本発明は１つまたは複数の好ましい実施形態に関して説明されており、明示的に記載されているものの他、多くの均等物、代替形態、変形形態、および変更形態が可能であり、本発明の範囲内にあることが諒解されるべきである。

Claims (22)

1. 標的の少なくとも１つの部分に関する情報を得るように構築されているデータ収集システムであって、前記システムは光電気要素とトランスデューサとを備え、
   前記光電気要素は、
   コア、前記コアを包囲するコーティング、光軸、近位端、および遠位端を有する光ファイバ要素であって、前記光ファイバは、前記近位端と遠位端との間で光を伝送するように動作可能である、光ファイバ要素と、
   前記近位端および遠位端を電気的に接続するための、前記光軸に沿って前記コーティング内に埋め込まれている電気部材と、
   を含み、
   前記トランスデューサは、
   前記遠位端に配置されており、前記電気部材に電気的に接続され、
   前記近位端から前記遠位端に伝送されており、前記遠位端から前記標的に向けて出力結合されている励起光に応答して生成される第１のエネルギーを受け取り、前記受け取った第１のエネルギーを、前記電気部材に沿って送信されることになる電気信号に変換するように動作可能である、
   ことを特徴とするデータ収集システム。
2. 前記第１のエネルギーは音響エネルギーである、請求項１に記載のデータ収集システム。
3. 前記システムは、前記遠位端と前記トランスデューサとの間に位置付けられている光結合ユニットをさらに備え、前記光結合ユニットは、前記光軸を中心として回転可能である、請求項１に記載のデータ収集システム。
4. 前記光結合ユニットおよび前記トランスデューサは、前記光軸を中心として同時に回転可能である、請求項３に記載のデータ収集システム。
5. 前記光結合ユニットは、第２のエネルギーを受け取るように動作可能であり、前記第２のエネルギーは、前記励起光の波長とは異なる波長の光エネルギーである、請求項１に記載のデータ収集システム。
6. 前記標的は管腔を含み、前記光電気要素は、前記管腔内に挿入可能であるような寸法にされている単一シャフトカテーテルとして構成されている、請求項１に記載のデータ収集システム。
7. 前記近位端と光学的に結合されており、前記励起光を、前記標的に、前記励起光によって照明されるのに応答して前記トランスデューサが受け取ることが可能な前記第１のエネルギーを生成させるのに十分な周波数において生成するように動作可能である光源をさらに備える、請求項１に記載のデータ収集システム。
8. 前記電気部材は、前記光ファイバの前記軸を中心として実質的に対称に埋め込まれている第１のワイヤおよび第２のワイヤを含む、請求項１に記載のデータ収集システム。
9. 前記近位端においてロータリージョイントを通じて前記光電気要素と動作可能に接続されている画像データ処理回路をさらに備える、請求項１に記載のデータ収集システム。
10. 前記トランスデューサは、超音波送受信機として構成されている、請求項１に記載のデータ収集システム。
11. 前記光電気要素は、前記光軸に対して実質的に横断する方向において、前記遠位端から光を出力結合する機能を備えている、請求項１に記載のデータ収集システム。
12. 前記光ファイバは、単一モード光ファイバおよびマルチモード光ファイバのうちの１つを含む、請求項１に記載のデータ収集システム。
13. 前記光軸を中心とした前記光電気要素および前記トランスデューサの同時回転を可能にするように動作可能なロータリージョイントをさらに備える、請求項１に記載のデータ収集システム。
14. 標的構造を画像化するための方法であって、前記方法は、
    ａ）光ファイバと、前記光ファイバのコーティング内に埋め込まれている導電性部材とを備える光電気要素によって、第１の波長の光エネルギーを前記標的構造に向けて伝送するステップと、
    ｂ）前記標的構造において受け取られている前記伝送された光エネルギーに応答して、前記標的構造から前記光電気要素において、第２の波長の光エネルギーおよび音響エネルギーの少なくとも１つを取得するステップと、
    ｃ）前記標的構造を表すデータを形成するために、（ｉ）前記第２の波長の取得された光エネルギーを、前記光ファイバを通じて伝送すること、および（ｉｉ）取得された音響エネルギーを、前記導電性部材を通じて画像データ処理回路に伝送することのうちの少なくとも１つを達成するステップと
    を含む、方法。
15. ｄ）前記第２の波長の前記伝送された光エネルギーおよび前記音響エネルギーを使用して前記標的構造の画像を生成するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記標的構造は空洞管腔を含み、ステップａ）〜ｂ）は、前記空洞管腔内で角度間隔をおきながら実施され、ステップｄ）は、前記空洞管腔の円周三次元画像を生成することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. ステップｄ）は、三次元画像を生成することを含む請求項１５に記載の方法。
18. 前記標的構造を表す前記データに基づいて前記標的構造に関する機能的情報および構造的情報のうちの少なくとも１つを求めることをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記機能的情報および構造的情報のうちの少なくとも１つを求めることは、機能的情報および構造的情報のうちの少なくとも１つに関する報告を生成することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. ステップｃ）は、前記取得された音響エネルギーを電気信号に変換することを含む、請求項１４に記載の方法。
21. 音響励起信号を、前記光電気要素を通じて前記標的構造に送信するステップと、
    前記標的構造において受信される、前記送信された音響励起信号に応答して、前記標的構造から音響エネルギーを取得するステップと
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
22. ステップａ）は、複数の波長において光エネルギーを伝送することを含む、請求項１４に記載の方法。

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