JP2020531219A - 脈管構造をイメージングする装置および方法 - Google Patents

Abstract

脈管構造をイメージングするための装置および方法が提供される。装置は、脈管構造に挿入されるイメージングプローブを含む。イメージングプローブは、脈管構造に向けて血液を通して赤外光を放出し、イメージングのために脈管構造から反射された光を集める。装置は、赤外光を提供するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光源と、集められた反射光からイメージング信号を生成するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光検出器と、を含む。装置はさらに、赤外光源に結合され、かつ赤外光検出器に結合されて、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するコントローラをさらに含む。コントローラは、弾道光子イメージング技術、ゲート化イメージング技術、偏光イメージング技術、構造化光イメージング技術などを使用してよい。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／５４７，３１７号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

［技術分野］
本開示は、介入医療（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍｅｄｉｃｉｎｅ）に関し、特に、脈管構造（ｖａｓｃｕｌａｔｕｒｅ）のイメージングに関する。

介入医療は、介入心臓専門医、介入放射線専門医、介入神経放射線専門医、血管内神経外科医などの医師が画像誘導技術を使用して低侵襲手術を行う専門医療である。医師は、脈管構造を通して医療機器をナビゲートして医療処置が実行される目標位置に到達するために、画像誘導技術を使用し得る。

本明細書の一態様によれば、イメージング装置が提供される。イメージング装置は、近位端および遠位端を有するイメージングプローブを含み、遠位端は脈管構造に挿入するためのものである。イメージングプローブは、イメージングプローブの遠位端から血液を通して脈管構造に向けて赤外光を放出し、血液を通して脈管構造から反射した赤外光の少なくとも一部を含む反射光を集め、反射光をイメージングプローブの近位端に送信する。イメージング装置は、脈管構造に向けて放出するための赤外光をイメージングプローブに提供するために、イメージングプローブの近位端に光学的に結合された赤外光源をさらに含む。イメージング装置は、反射光からイメージング信号を生成するようにイメージングプローブからの反射光を受け入れるためにイメージングプローブの近位端に光学的に結合された赤外光検出器をさらに含む。イメージング装置は、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するために、赤外光源に結合されかつ赤外光検出器に結合されたコントローラをさらに含む。

本明細書の別の態様によれば、脈管構造をイメージングする方法が提供される。この方法は、イメージングプローブから血液を通して脈管構造に向けて赤外光を放出するステップと、血液を通して脈管構造からの反射光を集めるステップと、反射光からイメージング信号を生成するステップと、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するステップと、を含む。

図１は、脈管構造をイメージングするための例示的な装置の概略図を示し、さらに一部が切り取られた例示的なイメージングプローブの例示的な遠位端の斜視図を示す。 図２は、図１の装置のイメージングプローブの遠位端の斜視図を示す。 図３は、脈管構造をイメージングするための別の例示的な装置の概略図を示し、さらに別の例示的なイメージングプローブの別の例示的な近位端の拡大断面図を示す。 図４は、図３の装置の赤外光源および赤外光検出器から切り離された図３のイメージングプローブの近位端の概略図を示す。 図５は、例示的なイメージングガイドワイヤの例示的なシースの平面図を示す。 図６は、脈管構造をイメージングするための別の例示的な装置の概略図を示し、さらに一部が切り取られた別の例示的なイメージングプローブの別の例示的な遠位端の斜視図を示す。 図７は、別の例示的なイメージングプローブの遠位端にある例示的な角度ゲートフィルタの概略図を示す。 図８は、脈管構造をイメージングするための例示的な方法のフローチャートである。 図９Ａは、例示的なコヒーレントファイバ束の角度ゲートフィルタの概略図である。 図９Ｂは、例示的なコヒーレントファイバ束の角度ゲートフィルタの概略図である。

介入処置を行う医師は、患者の脈管構造（血管）内の適切な場所に医療機器を配置するのを支援するために、画像誘導技術を使用し得る。通常、医師がガイドワイヤを挿入し、続いてカテーテルまたはマイクロカテーテルを挿入することにより、医療機器は適切な場所にもたらされ得る。医療機器が目標位置に到達するのを確実にするための一般的な画像誘導技術は、蛍光透視法を使用して患者の脈管構造を通してガイドワイヤおよびカテーテルを操縦することである。蛍光透視法は、造影剤の使用を必要とするパルスベースのＸ線イメージングである。造影剤は通常、カテーテルまたはマイクロカテーテルを介して投与され、医師がＸ線画像で脈管構造を視覚化することを可能にする。介入医が脈管構造における適切な場所にアクセスすると、さまざまな手順を実行することができる。これらの手技には、膨張可能なバルーンおよびステントを使用して狭くまたは閉塞した動脈または静脈を広げる血管形成術、腫瘍または子宮筋腫への血流を制限することにより病変の虚血を引き起こす塞栓手技、または、ステントベースの回収ツールおよび脳卒中治療では血栓を除去するために吸引カテーテルを使用する血栓切除手技が含まれ得る。

脈管構造内ナビゲーションのための標準的な蛍光透視法は、通常の脈管構造内の処置には十分であり得るが、蛍光透視法に基づくナビゲーション技術は、曲がりくねった解剖学的構造のナビゲーションには不十分である。透視Ｘ線の２次元の性質は、分岐が発生する角度を正確に決定するのに十分な遠近感を与えることができない場合がある。また、蛍光透視法では、脳血管介入で使用される小さなステントやコイルなどの小さな血管内機器を医師が正確に見ることができない場合がある。神経介入では、患者の転帰と余分な機器の使用を制限することによる医療費の削減の両方のために、小型で高価な機器の正確な配置が重要である。蛍光透視法では、医師が血栓や塞栓などの軟部組織を正確に特性評価できない場合もある。例えば、血管内脳卒中治療では、蛍光透視法は、凝固が柔らかい、最近形成された、硬い、または石灰化しているかどうかなど、凝固（血塊）の品質に関する情報を医師に提供しない場合がある。この欠陥は、治療アルゴリズムにおける機器の選択に影響を与えることがあり得る。間違った機器を選択すると、治療時間が長くなり、成功率が低下する場合があり得る。さらに、蛍光透視法は凝固のそのような特性または凝固の位置に関する情報を伝えないので、蛍光透視法を使用する医師は、視覚化の欠如に起因して身体からツールが完全に引き出されるまで、凝固が回収ツールによって正常に除去されているかどうかを判断できない場合があり得る。最後に、蛍光透視法は、罹患した血管の完全な血行再建が達成されたかどうか、またはすべての血塊が除去されたかどうかを確実に確認できない場合があり得る。

さらに、蛍光透視法はヨウ素などの造影剤の使用を必然的に伴うが、造影剤は手術器具に付着しやすく、ワークフローを乱す可能性があるので、介入一式でも問題を引き起こす可能性があり得る。造影剤は腎毒性のある場合もあり、これは小さな子供や高齢者などの腎機能が弱いまたは障害のある患者にとって有害であり、低侵襲手術の候補プールを制限する。蛍光透視法の別の問題は、放射線の照射に伴うリスクである。これらの手順を実行する介入医、看護師、および技術者は、高レベルのＸ線を長期間にわたって受け、通常、平均的な市民の年間放射線量の３〜１０倍を受ける。さまざまな研究が、Ｘ線放射にさらされた医療従事者におけるいくつかのタイプの癌の高いインスタンスと白内障のような他の苦痛を定量化しようと試みている。放射線被ばくを軽減するために、蛍光透視法の周りで働く個人は、多くの場合１日８時間以上、鉛のベスト、エプロン、および甲状腺シールドを着用する必要がある。重い鉛は不快で人間工学に基づかない。彼らのキャリアの過程で、介入医の半数以上が、少なくとも部分的には鉛のベストに起因すると考えられる整形外科の問題を報告している。また、患者はさまざまな量の放射線を受け、小さな子供の最大処置時間を制限し、場合によっては放射線火傷を引き起こす可能性がある。

標準的な蛍光透視法の増強として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンおよびコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）スキャンが使用され得る。これらの技術では、患者の体の軸方向の画像スライスをコンパイルし、患者の解剖学的構造の３次元モデルを再作成する。蛍光透視法と併用する場合、患者の脈管構造の３次元視覚化がガイドワイヤナビゲーション用に作成され得る。残念ながら、スキャンが行われている間、患者は静止したまま息を止めなければならない。スキャンが完了すると、脈管構造の仮想モデルは静的になり、患者の呼吸による動きのためにすぐに古くなってしまう。ＣＴまたはＣＢＣＴで生成された画像はリアルタイムではなく、患者の脈管構造を通過する際にガイドワイヤの先端を表示できない。リアルタイムイメージングの欠如により、そのような技術は、ステント留置術、血管形成術、または血栓切除などの介入を支援できなくなる。蛍光透視法は、ＣＴやＣＢＣＴ技術によって増強された場合でも、患者の血管内からの視界を提供しない。

光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）や血管内超音波（ＩＶＵＳ）などの一部の技術では、患者の血管内からの視界が得られ得る。ただし、これらの技術は診断ツールであり、ガイドワイヤナビゲーションには役立たない。ＯＣＴおよびＩＶＵＳはどちらもカテーテルベースのユニットであり、プローブをスキャンして動脈または静脈内で回転させるにつれて前進および後退させる必要がある。したがって、これらの技術は、血管内ナビゲーションイメージング装置の２つの有益な属性である、前方視界を提供せず、リアルタイム視界を提供しない。たとえば、リアルタイムイメージングの欠如により、動脈瘤のコイル形成、血栓切除、およびステント留置を支援する際の使用を不可能にする。

患者の血管内からの眺めを提供する他の技術には、血管内視鏡（ａｎｇｉｏｓｃｏｐｅ）が含まれる。血管内視鏡は、血管内イメージングのために血管に挿入される可視光内視鏡である。血管内視鏡は、コヒーレントファイバ束（ＣＦＢ）または走査型ファイバ内視鏡（ＳＦＥ）ベースのいずれであっても、血液は可視光に対して不透明であるので、血液を含む血管のナビゲーションには適していない。血管内のカテーテルベースのバルーンを膨らませて一時的に血管を閉塞し、血管を透明な生理食塩水で洗い流し、血流が逆行を開始する前に血管内視鏡を使用して画像を撮影することにより、患者の血管内から視界を提供するために血管内視鏡が使用され得る。そのような技術は、診断または検査の目的には適し得るが、膨張したバルーンが展開された状態でカテーテルを進めることができないので、ナビゲーションの目的には適していない。

脈管構造に挿入され、脈管構造に向けて血液を通して赤外光を放出し、イメージングのために脈管構造から反射される光を集めるイメージングプローブを含む、脈管構造をイメージングするための装置が提供され得る。イメージング装置は、脈管構造に向けて放出するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光源をさらに含む。イメージング装置は、反射光からイメージング信号を生成するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光検出器と、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するために、赤外光源に結合されかつ赤外光検出器に結合されたコントローラと、をさらに含む。コントローラは、弾道光子イメージング技術、ゲート化（ｇａｔｅｄ）イメージング技術、偏光イメージング技術、構造化（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）光イメージング技術などを含む多くのイメージング技術を使用してよい。イメージングプローブは、カテーテルを通してナビゲートされる押し込み可能かつ追跡可能なシースを含んでよい。イメージングプローブは、脈管構造を通したセルフナビゲーションのためのガイドワイヤシースを含んでもよい。イメージングプローブは、別のカテーテル装置の一部として含まれてもよい。したがって、介入医療処置は、血液で満たされた脈管構造の内側から画像を提供するイメージング装置によって導かれてよい。したがって、そのようなイメージング装置を使用する医師は、脈管構造を通してナビゲートするのを支援するために、脈管構造の内部から、血液を通して、リアルタイムで脈管構造の特徴を見てもよい。

さらに、イメージングプローブから血液を通して脈管構造に向けて赤外光を放出するステップと、血液を通して脈管構造からの反射光を集めるステップと、反射光からイメージング信号を生成するステップと、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するステップと、を含む、脈管構造をイメージングするための方法が提供され得る。画像は、弾道イメージング、ゲート化イメージング、構造化光イメージング、偏光イメージング技術などにしたがって生成されてよい。

図１は、脈管構造をイメージングするための例示的な装置１００を示す。装置１００は、脈管構造１０２を通ってナビゲート可能なイメージングプローブ１１０を含む。イメージングプローブ１１０は、近位端１１４と、近位端１１４の反対側の遠位端１１２とを含む。遠位端部１１２は、脈管構造１０２への挿入のために構成され、近位端部１１４は、ハウジング１３０内に配置され得る赤外光源１３２および赤外光検出器１３４との接続のために構成される。いくつかの例では、脈管構造１０２は、患者の血液で満たされた脈管構造を含んでよい。

いくつかの例では、イメージングプローブ１１０は、カテーテルを通して押し込み可能であってよく、カテーテルを通して追跡可能であってよい。いくつかの例では、イメージングプローブ１１０は、走査ファイバ内視鏡を含んでよい。いくつかの例では、イメージングプローブ１１０は、カテーテルに組み込まれてよい。いくつかの例では、イメージングプローブ１１０は、図５を参照して以下でより詳細に議論されるように、ガイドワイヤシースを含んでよい。

イメージングプローブ１１０は、それに応じて寸法設定されることにより、脈管構造１０２への挿入、および脈管構造１０２を介したナビゲーションのために構成されてよい。イメージングプローブ１１０がカテーテルに組み込まれる例では、イメージングプローブ１１０は、約１．５Ｆｒ（フレンチゲージ）から約３Ｆｒの間の直径を有してよい。イメージングプローブ１１０がガイドワイヤシースを含む例では、イメージングプローブ１１０は、約１４／１０００インチ（０．０１４インチ）から約３８／１０００インチ（０．０３８インチ）の間の直径を有してよい。イメージングプローブ１１０が走査ファイバ内視鏡を含む例では、イメージングプローブ１１０は、約３Ｆｒから約５Ｆｒの間の直径を有してよい。一般に、いくつかの例では、イメージングプローブ１１０は、約１Ｆｒから約１２Ｆｒの間、またはいくつかの例では約１．５Ｆｒから約３Ｆｒの間の直径を有してよい。イメージングプローブ１１０は、ナビゲートされる脈管構造のサイズに応じて適切な曲げ半径を有するようにさらに構成されてよい。例えば、曲がりくねった脈管構造を介したナビゲーションの場合、イメージングプローブ１１０は、約２．５ｍｍから約５ｍｍの間の曲げ半径を有してよい。イメージングプローブ１１０は、より大きな脈管構造を通ってナビゲーションするためにより大きな曲げ半径を有してよい。そのような寸法は例であり、他の適切な寸法も考慮されることを理解されたい。

イメージングプローブ１１０は、赤外光をイメージングプローブ１１０の遠位端１１２から血液を通して脈管構造１０２に伝送するために、照明用光ファイバ束１１６を含む。イメージングプローブ１１０は、反射光を集めるためにイメージング光ファイバ束１１８をさらに含み、反射光は、脈管構造１０２から血液を通して反射された赤外光の少なくとも一部を含む。イメージング光ファイバ束１１８は、さらに、イメージング用の反射光をイメージングプローブ１１０の近位端１１４に伝送するものである。束１１６、１１８は、各々、イメージングプローブ１１０の近位端１１４から遠位端１１２まで延びる。束１１６、１１８内の繊維は、ポリマー繊維、ガラス繊維、または他の任意の適切な光ファイバを含んでよい。

赤外光源は、脈管構造１０２への伝送用に照明用光ファイバ束１１６に赤外光を提供するものである。赤外光検出器１３４は、イメージング光ファイバ束１１８から反射光を受け入れて、反射光からイメージング信号を生成するために、赤外光カメラまたは別のイメージングセンサを含んでよい。

装置１００は、赤外光源１３２および赤外光検出器１３４に結合されたコントローラ１６０をさらに含む。脈管構造６０２の画像を生成するために、コントローラ１６０は、赤外光検出器１３４によって捕捉されたイメージング信号を処理する。コントローラ１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプロセッサ、揮発性および／または不揮発性ストレージを含むメモリストレージユニット、および１つ以上のコンピューティングネットワークを介した通信用のネットワークインターフェース、の任意の量および組み合わせを含んでよい。コントローラ１６０は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、スマートフォン、リモートサーバーなどのコンピューティングデバイスを備えてよく、またはそれらに接続されてもよい。コントローラ１６０は、ハウジング１３０に収容されてよく、ハウジング１３０の外部にあってもよい。

コントローラ１６０は、イメージング目的のために血液を適切に透過し得る波長、すなわち、１０５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、および１６５０ｎｍのいずれかまたはそれらの任意の組み合わせ、を含む赤外光を提供するために、赤外光源１３２を制御してよい。コントローラ１６０は、これらの波長の１つ以上を中心とする波長分布を提供するために赤外光源１３２を制御してもよい。

さらに、コントローラ１６０は、脈管構造１０２の画像を生成するために、イメージングプロセスにしたがって赤外光源１３２および赤外光検出器１３４を制御してよい。イメージングプロセスは、イメージング目的に使用される脈管構造１０２から反射された反射光子の一部のみを選択することに基づいてもよい。例えば、イメージングプロセスは、イメージングから弾道光子、蛇光子、および散乱光子を選択または除外することを含んでよい。イメージングプロセスは、弾道光子イメージング、ゲート化イメージング、構造化光イメージング、偏光イメージングなどを含んでよい。

弾道光子イメージングプロセスでは、装置１００は、反射光をフィルタリングして反射光から散乱光子を除去するために、イメージングプローブ１１０の遠位端に角度ゲートフィルタをさらに含んでよく、コントローラ１６０は、弾道光子イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために、赤外光源１３２および赤外光検出器１３４を制御してよい。したがって、散乱光子および一部の蛇光子は、フィルタリングされてイメージングから除外されてよい。散乱光子や蛇光子など、少なくとも部分的に散乱を返す入力光子は、それにより生成される脈管構造の画像の品質を低下させる可能性があるが、一方、弾道光子は、イメージングの目的のために明確な光を提供してよい。

図７を参照すると、レンズ７２０と、イメージングプローブ７１０の遠位端７１２に結合されたイメージング光ファイバ束７１８との間に、例えば、角度ゲートフィルタ７７０が位置する。角度ゲートフィルタ７７０は、散乱光子７７２を吸収または遮断する壁７７１、および弾道光子７７４を通過させるチャネル７７３を含み、それにより反射光をフィルタリングする。したがって、散乱光子によって歪まされていない脈管構造の画像が生成されてよい。いくつかの例では、蛇光子７７６の一部が通過を許可されてもよい。レンズ７２０上に配置されたフィルムが散乱光子および蛇光子の一部を同様にフィルタリングしてよいことも考慮される。

別の例として、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、イメージングプローブ９１０の遠位端９１２に、コヒーレントファイバ束の角度ゲートフィルタ９７０が位置する。イメージングプローブ９１０は、照明用光ファイバ束９１６、イメージング用光ファイバ束９１８、およびイメージングプローブ９１０の遠位端９１２にあるレンズ９２０を含む。イメージング光ファイバ９１８は、個々の光ファイバ間にスペース９１９を有する。イメージングプローブ９１０のフィルタリング部分９７１に沿って、空間９１９は、エチレンメチルアクリレートクラッドなどのフィルタリング材料９７３で充填される。フィルタリング材料は、散乱光子９７２を吸収または遮断し、弾道光子９７４および蛇光子９７６の一部がイメージング光ファイバ束９１８を通過することを許容する。したがって、散乱光子と蛇光子の一部は、脈管構造のより鮮明な画像が生成され得るように、イメージングに使用される反射光からフィルタリングされてよい。

引き続き図１を参照すると、ゲート化イメージングプロセスでは、赤外光検出器１３４は、シャッタを有する赤外光カメラを含んでよく、コントローラ１６０は、ゲート化イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために、赤外光源１３２および赤外光カメラを制御してよい。したがって、コントローラ１６０は、イメージング用の弾道光子を受け入れながらイメージングから散乱された光子を赤外光カメラが除外するように、赤外光源１３２からの赤外光の伝送を制御してよく、同時に赤外光カメラの露出を制御するシャッタを制御してよい。換言すれば、赤外光源１３２と赤外カメラのシャッタとは、散乱光子を遮断するために同期されてよい。赤外光カメラにより集められてイメージングされた反射光子の分布は、弾道光子が最も早く集められ、その後に蛇光子、さらに散乱光子が続く傾向があることを示し得る。したがって、赤外光のパルスが脈管構造１０２に伝送された後、散乱した光子の排除するために、赤外光カメラは、弾道光子、または弾道および蛇光子の分布、に対応すると予想される所定の期間中にキャプチャされた光子のみを使用するように構成されてもよい。

構造化光イメージングプロセスでは、赤外光源１３２は、脈管構造１０２の３次元表現を生成する際に使用するために、グリッドまたは形状などのパターンを脈管構造１０２上に投影するパターン生成光源を含んでよい。照明用光ファイバ束１１６は、脈管構造１０２上に投影するためのパターンを含む、赤外光を放出するコヒーレント照明用光ファイバをさらに含んでよい。したがって、コントローラ１６０は、構造化光イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために、赤外光源１３２および赤外光検出器１３４を制御してよい。いくつかの例では、動作中、赤外光が脈管構造１０２に向けて放出されると、イメージングプローブ１１０は、脈管構造１０２を通って前進、後退、または移動してよい。いくつかの例では、複数の赤外光パルスが脈管構造１０２に向けて放出される。そのような例のいくつかでは、ゲート化イメージングまたは弾道イメージング技術も使用されてよく、それにより散乱反射光子は、処理される反射光から除外される。赤外光からの反射光は、連続したイメージング信号および／または画像を生成するためにイメージングプローブ１１０によって収集されてよい。画像は、赤外光のパルス、シャッタタイミング、または画像をセグメント化するための別の技術に基づいて連続的に生成されてよい。連続する画像は、脈管構造１０２の３次元モデルを生成するためにコントローラ１６０によって組み合わされてよい。したがって、コントローラ１６０は、構造化光イメージングプロセスにしたがって脈管構造１０２の３次元モデルを生成するために、赤外光源１３２および赤外光検出器１３４を制御してよい。

偏光イメージングプロセスでは、装置１００は、反射光をフィルタリングして反射光から偏光を除去する偏光フィルタをさらに含んでよく、コントローラ１６０は、偏光イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために赤外光源１３２および赤外光検出器１３４を制御するように構成されてよい。特に、コントローラ１６０は、偏光された赤外光を照明用光ファイバ束１１６に提供するために、赤外光源１３２を制御するように構成されてよい。脈管構造１０２内の血液によって散乱される光の偏光は変化するが、一方、脈管構造１０２から反射される光の偏光は同じままである。偏光フィルタは、イメージングプローブ１１０の遠位端１１２と近位端１１４との間に配置されてよい。いくつかの例では、偏光がイメージングプローブ１１０を下るのを阻止するために、イメージングプローブ１１０の遠位端１１２に偏光フィルタが配置されてよい。他の例では、イメージングプローブ１１０の近位端１１４またはハウジング１３０内に偏光フィルタが配置されてよい。いくつかの例では、偏光フィルタは、レンズ１２０上に配置されたフィルム、またはレンズ１２０と束１１６、１１８との間のイメージングプローブ１１０の遠位端１１２に光学的に結合されたフィルタを含んでよい。

イメージングプローブ１１０は、照明用光ファイバ１１６およびイメージング光ファイバ１１８を収容するために、近位端１１４から遠位端１１２まで延びる導管１２４をさらに含む。

いくつかの例では、導管１２４は、脈管構造１０２を介してイメージングプローブ１１０がナビゲートできるようにするためのコード、チューブ、可撓性シャフト、コイルと編組、または他の構造を含んでよい。したがって、導管１２４は、カテーテルを通してイメージングプローブ１１０の押し込みおよび追跡を可能にするために、押し込み可能で追跡可能なシースを含んでよい。いくつかの例では、導管１２４は、イメージングプローブ１１０が組み込まれるカテーテルの内壁を含んでよい。

いくつかの例では、導管１２４は、脈管構造１０２を通してイメージングプローブ１１０をナビゲートするためのガイドワイヤシースを含んでよい。ガイドワイヤシースは、脈管構造１０２を通るナビゲーションを容易にするために、イメージングプローブ１１０を操縦可能、成形可能、およびトルク伝達可能にし得る。ガイドワイヤシースは、図５に関してより詳細に議論される。

図２は、装置１００のイメージングプローブ１１０の遠位端１１２の斜視図を示す。図２を参照し、引き続き図１を参照すると、イメージング光ファイバ束１１８によって集められる反射光を収集するために、イメージングプローブ１１０は、遠位端１１２に光学系をさらに含むことが分かる。例えば、光学系は、イメージングプローブ１１０の遠位端１１２に光学的に結合されたマイクロレンズまたはグレーデッドインデックス（ＧＲＩＮ）レンズなどのレンズ１２０を含んでよい。

さらに、図２を参照すると、本例では、イメージングプローブ１１０は長手方向軸１２２を規定し、イメージング光ファイバ束１１８は長手方向軸１２２に沿って延び、照明用光ファイバ束１１６は、イメージング光ファイバ束１１８の周りにリング状に配置されることが分かる。言い換えると、イメージング光ファイバ束１１８は円形に配置され、照明用光ファイバ束１１６は円の周りにリング状に配置され、円およびリングは、イメージングされている脈管構造１０２に向けられている長手方向軸１２２の周りにほぼ同心である。

他の例では、イメージング光ファイバ束１１８は、照明用光ファイバ束１１６の周りにリング状に配置されてよく、レンズ１２０は、リング付きレンズを含んでよい。いくつかの例では、イメージング光ファイバ１１８は、走査ファイバ内視鏡のように、長手方向軸１２２の周りを回転可能であってよい。

光学系は、散乱光または望ましくない波長の光をイメージング光ファイバ束１１８による収集から除去し得る角度ゲートフィルタ、または反射光から偏光をフィルタリングする偏光フィルタ、などのフィルタをさらに含んでよい。

図３は、脈管構造をイメージングするための別の例示的な装置３００の概略図を示す。装置３００は、同様の番号を有する同様のコンポーネントを有する装置１００に実質的に類似しているが、「１００」シリーズではなく「３００」シリーズである。図３を参照すると、装置３００は、したがって、近位端３１４、照明用光ファイバ束３１６、およびイメージング用光ファイバ束３１８を有するイメージングプローブ３１０を含む。装置３００は、ハウジング３３０内に配置され得る赤外光源３３２および赤外光検出器３３４をさらに含む。図示されていないが、装置３００は、コントローラ１６０と同様のコントローラを含むことを理解されたい。装置３００の上記要素のさらなる説明については、図１の装置１００の説明を参照されたい。明確にするために、装置３００と装置１００との違いのみが詳細に説明される。

装置１００とは対照的に、装置３００は、イメージングプローブ３１０の近位端３１４をハウジング３３０ならびに赤外光源３３２および赤外光検出器３３４に可逆的かつ回転可能に結合する結合機構をさらに含む。結合機構は、回転可能なチャック３４２、回転ハブ３４０、光源結合固定ファイバ束３４４、および光カプラ３４６を含む。回転可能なチャック３４２および回転ハブ３４０は、イメージングプローブ３１０の近位端３１４をハウジング３３０に結合する光源結合固定ファイバ束３４４は、赤外光源３３２から照明用光ファイバ３１６に赤外光を提供するために、照明用光ファイバ３１６に光学的に結合する。光カプラ３４６は、イメージング光ファイバ３１８からの光を受け入れて赤外光検出器３３４へ伝送するために、イメージング光ファイバ３１８に結合する。

イメージングプローブ３１０の近位端３１４が回転ハブ３４０から延びるように、イメージングプローブ３１０は、回転可能なチャック３４２および回転ハブ３４０を通って延びる。イメージングプローブ３１０は、イメージングプローブ３１０がハウジング３３０に対してイメージングプローブ３１０の長手方向軸３２２の周りに回転できるように、回転可能なチャック３４２および回転ハブ３４０に固定される。したがって、照明用光ファイバ束３１６およびイメージング光ファイバ束３１８は、長手方向軸３２２の周りを自由に回転する一方、光源結合固定ファイバ束３４４および光カプラ３４６は固定されたままである。

イメージングプローブ３１０とハウジング３３０とが一緒に結合されるときに、光源結合固定ファイバ束３４４および照明用光ファイバ束３１６は、接触フィットを形成する。同様に、イメージングプローブ３１０とハウジング３３０とが一緒に結合されるときに、光カプラ３４６およびイメージング光ファイバ束３１８は、接触フィットを形成する。 結合機構は、イメージングプローブ３１０をハウジング３３０から切り離す「迅速な解放」機能を提供するように構成される。

イメージング光ファイバ束３１８は、長手方向軸３２２の方向に距離３４８だけ照明用光ファイバ束３１６を越えて突出してよい。言い換えれば、照明用光ファイバ束３１６は、長手方向軸３２２の方向に距離３４８だけイメージング光ファイバ３１８に対して凹んでいてよい。この配置は、赤外光源３３２および赤外光検出器３３４との接触を維持しながら、イメージングプローブ３１０が所定位置で回転するのを支援し得る。この配置は、照明用光ファイバ束３１６とイメージング光ファイバ束３１８とが回転中に絡まることを抑制するのをさらに支援し得る。

赤外光検出器３３４は、イメージング光ファイバ３１８からの反射光を検知面上に伝送する光学系を含んでよい。いくつかの例では、光学系は、反射光の波長シフトなしでの検知面による受け入れのための反射光の収束を高めるために、１つ以上の無色ダブレットを含んでよい。

図４は、ハウジング３３０から切り離されたイメージングプローブ３１０の近位端３１４の概略図を示し、長手方向軸３２２の周りのイメージングプローブ３１０の回転を示す。

図５は、別の例示的なイメージングプローブ５１０の平面図を示し、イメージングプローブ５１０は、ガイドワイヤシースを含む。イメージングプローブ５１０は、装置１００のイメージングプローブ１１０と実質的に同様であり、同様のコンポーネントは同様の番号を有するが、「１００」シリーズではなく「５００」シリーズである。図５を参照すると、イメージングプローブ５１０は、遠位端５１２、近位端５１４、照明用光ファイバ束５１６、およびイメージング用光ファイバ束５１８を含む。イメージングプローブ５１０の上記要素のさらなる説明については、図１のイメージングプローブ１１０の説明を参照されたい。明確にするために、イメージングプローブ５１０とイメージングプローブ１１０との違いのみを詳細に説明する。

イメージングプローブ１１０とは対照的に、イメージングプローブ５１０は、遠位端５１２の近くの先端部分５５０、近位端５１４の近くの後端部分５５４、および先端部分５５０と後端部５５４との間の中間部分５５２を有するシース５２４をさらに含む。ガイドワイヤシースを含むイメージングプローブ１１０は、約１４／１０００インチ（０．０１４インチ）から約３８／１０００インチ（０．０３８インチ）の間の直径を有してよい。

先端部分５５０は、特定の脈管構造の輪郭に適合するように、所望の方法で成形されるイメージングプローブ５１０の遠位端５１２での柔軟性のための成形可能なコイルシース部分を含んでよい。成形可能なコイルは、白金タングステンまたはニチノールの先端コイルを含んでよく、密接に巻かれたコイルであってもよい。いくつかの例では、先端部分５５０は、所望の方法で成形される柔軟性のために、成形可能な記憶ポリマーを含んでよい。

中間部分５５２は、イメージングプローブ５１０の中間部分用の柔軟性を有する構造的安定性のために、成形不可能なコイルシース部分を含んでよい。成形不可能なコイルは、ステンレス鋼を含んでよく、緊密に巻かれたコイルであってもよい。

後端部分５５４は、イメージングプローブ５１０の近位端５１４の近くに構造的安定性および押し込み可能性のためのハイポチューブ部分を含んでよい。ハイポチューブは、ステンレス鋼、合金などのステンレス鋼、または別の適切な剛性材料を含んでよい。

いくつかの例では、イメージングプローブ５１０は、遠位端５１２から近位端５１４まで約１５００ｍｍの長さを有してよい。先端部分５５０は約１５０ｍｍの長さを有し、中間部分５５２は約２００ｍｍの長さを有し、後端部分５５４は約１１５０ｍｍの長さを有してよい。

図６は、脈管構造をイメージングするための別の例示的な装置６００の概略図を示す。装置６００は、装置１００と実質的に同様であり、同様のコンポーネントは同様の番号を有するが、「１００」シリーズではなく「６００」シリーズである。図６を参照すると、装置６００は、したがって、遠位端６１２および近位端６１４を有するイメージングプローブ６１０、照明用光ファイバ束６１６、および脈管構造６０２をイメージングするイメージング光ファイバ束６１８、レンズ６２０、光方向６２２、コントローラ６６０、および導管６２４を含む。装置６００は、赤外光源６３２および赤外光検出器６３４を有するイメージング装置６３０をさらに含む。装置６００の上記要素のさらなる説明については、図１の装置１００の説明を参照されたい。明確にするために、装置６００と装置１００との違いのみを詳細に説明する。

装置１００とは対照的に、装置６００は、コントローラ６６０に結合された表示デバイス６６２をさらに含む。表示デバイス６６２は、赤外光検出器６３４により生成された画像を表示するものである。表示デバイス６６２は、リモート表示デバイスであってよい。コントローラ６６０は、表示デバイス６６２上でレンダリングするために、脈管構造６０２の画像を表示デバイス６６２に送信してよい。表示デバイス６６２は、陰極線管ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機液晶ディスプレイ、発光ダイオードディスプレイなどを含む任意の適切な表示デバイスを含んでよい。

図８は、脈管構造をイメージングするための例示的な方法８００のフローチャートである。方法８００は、脈管構造がイメージングされ得る１つの方法である。ただし、方法８００のブロックは、示されているとおりの正確な順序で実行する必要はないことを強調しておく。さらに、方法８００は、装置１００、３００、または６００などの上述の装置によって実行され得る。明確にするために、方法８００は装置１００を参照して説明されたが、これは限定的ではなく、方法８００は他の装置によって実行されてもよい。

ブロック８０２で、イメージングプローブ１１０から脈管構造１０２に向けて血液を通して赤外光が放出される。ブロック８０４で、脈管構造１０２から血液を通して反射光が集められる。ブロック８０６で、反射光からイメージング信号が生成される。ブロック８０８で、脈管構造１０２の画像がイメージング信号から生成される。上述のように、画像は、弾道イメージング、ゲート化イメージング、構造化光、偏光イメージング技術などにしたがって生成され得る。

いくつかの例では、方法８００は、弾道光子イメージングプロセスを含んでよく、イメージングプローブ１１０は、角度ゲートフィルタを含む。弾道光子イメージングプロセスにおいて、方法８００は、反射光から血液によって散乱された散乱光子をフィルタリングすること、および反射光から弾道光子を収集することを含む。イメージング信号は、弾道光子を用いて生成されてよい。

いくつかの例では、方法８００は、ゲート化イメージングプロセスを含んでよく、赤外光検出器１３４は、シャッタを有する赤外光カメラを含む。ゲート化イメージングプロセスでは、方法８００は、血液により散乱された散乱光子が赤外光カメラによって受け入れられるのを阻止し、弾道光子が赤外光カメラによって受け入れられることを可能にするシャッタのタイミングをさらに含む。イメージング信号は、弾道光子を用いて生成されてよい。

いくつかの例では、方法８００は、脈管構造１０２の３次元モデルを生成するために構造化光イメージングプロセスを含んでよい。構造化光イメージングプロセスでは、イメージングプローブ１１０から放出される赤外光は、脈管構造１０２上に投影するためのパターンを含む。構造化光イメージングプロセスにしたがって脈管構造１０２の３次元モデルを生成するために、方法８００は、脈管構造１０２を通してイメージングプローブ１１０を移動させ、イメージングプローブ１１０が脈管構造１０２を通して移動するにつれて反射光から複数のイメージング信号を生成し、複数のイメージング信号から脈管構造１０２の３次元モデルを生成する、ことを含む。

いくつかの例では、方法８００は、偏光イメージングプロセスを含んでよい。偏光イメージングプロセスでは、装置１００は偏光フィルタを含む。偏光イメージングプロセスでは、方法８００は、反射光から偏光を除去するために、反射光をフィルタリングすることを含む。イメージング信号は、非偏光を用いて生成されてよい。

例えば、動作中、イメージングプローブ１１０は、脈管構造１０２に挿入されてよい。例えば、医師は、イメージングプローブ１１０の遠位端１１２を患者の脈管構造１０２に挿入してよい。次いで、医師は、脈管構造１０２を通してイメージングプローブ１１０を所望の位置まで押してよい。ナビゲーション中、イメージングプローブ１１０の照明用光ファイバ束１１６に血液を浸透させるように有効波長の赤外光を提供するために、コントローラ１６０は、赤外光源１３２を制御してよい。赤外光は、照明用光ファイバ束１１６に沿って近位端１１４から遠位端１１２まで進み、脈管構造１０２に赤外光を提供する。脈管構造６０２から反射された光は、イメージングのためにイメージング光ファイバ束１１８によって収集され得る。

いくつかの例では、画像は、イメージングプローブ１１０のナビゲーションを支援するために、表示デバイス６６２と同様のディスプレイを介してリアルタイムでキャプチャおよび表示されてよい。

いくつかの例では、医師が所望の場所で医療処置を行うことができるように、次に、カテーテルなどの追加の医療機器が所望の場所にもたらされてよい。血液で満たされた脈管構造を通したリアルタイムのイメージングおよびナビゲーションを提供するイメージングプローブ１１０からのガイダンスは、他の画像ガイダンス技術が使用された場合よりも迅速に医療処置を開始し得る。

したがって、脈管構造に挿入され、脈管構造に向けて血液を通して赤外光を放出し、イメージングのために脈管構造からの反射光を集める、イメージングプローブを含む脈管イメージング装置が提供され得る。イメージング装置は、脈管構造に向けて放出するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光源をさらに含む。イメージング装置は、反射光からイメージング信号を生成するためにイメージングプローブに光学的に結合された赤外光検出器、および、イメージング信号から脈管構造の画像を生成するために赤外光源に結合されかつ赤外光検出器に結合されたコントローラをさらに含む。コントローラは、弾道光子イメージング技術、ゲート化イメージング技術、偏光イメージング技術、構造化光イメージング技術などを含む多くのイメージング技術を使用してよい。イメージングプローブは、カテーテルを通してナビゲートされる押し込み可能および追跡可能なシースを含んでよい。イメージングプローブは、脈管構造を介したナビゲーションのためのガイドワイヤシースを含んでもよい。イメージングプローブは、別のカテーテル装置の一部として含まれてもよい。したがって、そのようなイメージングプローブは、迅速な医療介入を促進するために、脈管構造を介したリアルタイムのナビゲーションを支援し得る。

この明細書では、要素は、１つまたは複数の機能を実行するように「構成される」、またはそのような機能のために「構成される」と説明され得る。一般に、機能を実行するように構成された、または機能の実行のために構成された要素は、機能を実行することができるか、機能の実行に適しているか、機能を実行するように適合されるか、機能を実行するように動作可能であるか、そうでなければ機能を実行できる。

この明細書の目的上、「Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも１つ」および「Ｘ、Ｙ、およびＺの１つ以上」の用語は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、または、２つ以上のアイテムＸ、Ｙ、およびＺの任意の組み合わせ（たとえば、ＸＹＺ、ＸＹ、ＹＺ、ＸＺなど）として解釈できると理解される。同様のロジックは、「少なくとも１つ．．．」および「１つ以上．．．」という用語が任意に出現する２つ以上のアイテムに適用できる。

「約」、「実質的に」、「本質的に」、「およそ」などの用語は、例えば当業者に理解されるように、「近い」と定義される。いくつかの実施形態では、用語は「１０％以内」、他の実施形態では「５％以内」、さらに別の実施形態では「１％以内」、さらに別の実施形態では「０．５％以内」であると理解される。

当業者は、いくつかの実施形態では、本明細書に記載の装置および／または方法および／またはプロセスの機能は、事前にプログラムされたハードウェアまたはファームウェア要素（たとえば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）など）、またはその他の関連コンポーネントを使用して実施できることを理解するであろう。他の実施形態では、本明細書で説明する装置および／または方法および／またはプロセスの機能は、コンピューティング装置の動作のためのコンピュータ可読プログラムコードを格納するコードメモリ（図示せず）へのアクセスを有するコンピューティング装置を使用して達成することができる。コンピュータ可読プログラムコードは、これらのコンポーネントによって固定、有形および直接読み取り可能なコンピュータ可読記憶媒体（たとえば、リムーバブルディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、固定ディスク、ＵＳＢドライブ）に格納できる。さらに、コンピュータ可読プログラムは、コンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラム製品として保存できることが理解される。さらに、永続的記憶装置は、コンピュータ可読プログラムコードを含むことができる。さらに、コンピュータ可読プログラムコードおよび／またはコンピュータ使用可能媒体は、非一時的コンピュータ可読プログラムコードおよび／または非一時的コンピュータ使用可能媒体を含むことができることをさらに理解されたい。あるいは、コンピュータ可読プログラムコードは、リモートに格納することもできるが、伝送媒体を介してネットワーク（インターネットを含むがこれに限定されない）に接続されたモデムまたは他のインターフェースデバイスを介してこれらのコンポーネントに伝送可能である。伝送媒体は、非移動媒体（たとえば、光学および／またはデジタルおよび／またはアナログ通信回線）または移動媒体（たとえば、マイクロ波、赤外光、自由空間光学または他の伝送方式）、またはそれらの組み合わせのいずれかが可能である。

当業者は、さらに別の実施形態および修正が可能であり、上記の例が１つまたは複数の実施形態の単なる例示であることを理解するであろう。したがって、範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

Claims (19)

1. イメージング装置であり、
   近位端および、脈管構造に挿入するための遠位端を有するイメージングプローブであって、
   前記イメージングプローブの遠位端から血液を通して脈管構造に向けて赤外光を放出し、
   前記脈管構造から血液を通して反射された赤外光の少なくとも一部を含む反射光を集め、
   前記反射光を前記イメージングプローブの近位端に伝送する、イメージングプローブと、
   前記イメージングプローブの近位端に光学的に結合されて、脈管構造に向けて放出するための赤外光を前記イメージングプローブに提供する赤外光源と、
   前記イメージングプローブの近位端に光学的に結合されて、前記イメージングプローブからの反射光を受け入れ、前記反射光からイメージング信号を生成する赤外光検出器と、
   前記赤外光源に結合され、かつ前記赤外光検出器に結合されて、前記イメージング信号から脈管構造の画像を生成するコントローラと、
   を備える、イメージング装置。
2. 前記イメージングプローブの遠位端において、前記反射光から散乱光子を除去するために前記反射光をフィルタリングする角度ゲートフィルタをさらに備え、
   前記コントローラはさらに、弾道光子イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために前記赤外光源および前記赤外光検出器を制御する、
   請求項１に記載のイメージング装置。
3. 前記赤外光検出器は、シャッタを有する赤外光カメラを含み、
   前記コントローラはさらに、ゲート化イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために前記赤外光源および前記赤外光カメラを制御する、
   請求項１に記載のイメージング装置。
4. 前記赤外光源は、パターン生成光源を含み、前記イメージング装置は、
   脈管構造上に投影するためのパターンを含む赤外光を放出するコヒーレント照明用光ファイバをさらに含み、
   前記コントローラはさらに、構造化光イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために前記赤外光源および前記赤外光検出器を制御する、
   請求項１に記載のイメージング装置。
5. 前記反射光をフィルタリングして前記反射光から偏光を除去する偏光フィルタをさらに含み、
   前記コントローラはさらに、偏光イメージングプロセスにしたがって画像を生成するために前記赤外光源および前記赤外光検出器を制御する、
   請求項１に記載のイメージング装置。
6. 前記イメージングプローブは、脈管構造を通して前記イメージングプローブをナビゲートするためのガイドワイヤシースを含む、請求項１に記載のイメージング装置。
7. 前記ガイドワイヤシースは、前記イメージングプローブの遠位端付近に成形可能なコイルシース部分、前記イメージングプローブの近位端付近にハイポチューブ部分、および、前記成形可能なコイルシース部分と前記ハイポチューブ部分との間に成形不可能なコイルシース部分、を含む、請求項６に記載のイメージング装置。
8. 前記イメージングプローブは、押し込み可能かつ追跡可能なシースを含む、請求項１に記載のイメージング装置。
9. 前記イメージングプローブは、
   近位端から遠位端まで延びる照明用光ファイバ束であって、前記イメージングプローブの遠位端から脈管構造に向けて赤外光を放出する、照明用光ファイバ束と、
   近位端から遠位端まで延びるイメージング光ファイバ束であって、前記脈管構造からの反射光を集め、前記反射光を前記イメージングプローブの近位端に伝送する、イメージング光ファイバ束と、
   を含む、請求項１に記載のイメージング装置。
10. 前記イメージングプローブは長手方向軸を画定し、前記イメージング光ファイバ束は前記長手方向軸に沿って延び、前記照明用光ファイバ束は前記イメージング光ファイバ束の周りにリング状に配置される、請求項９に記載のイメージング装置。
11. 前記イメージングプローブは長手方向軸を画定し、前記照明用光ファイバ束は前記長手方向軸に沿って延び、前記イメージング光ファイバ束は前記照明用光ファイバ束の周りにリング状に配置される、請求項９に記載のイメージング装置。
12. 前記イメージングプローブは走査ファイバ内視鏡を含む、請求項１１に記載のイメージング装置。
13. 前記イメージングプローブの近位端を前記赤外光源および前記赤外光検出器に可逆的かつ回転可能に結合する結合機構をさらに備える、請求項１に記載のイメージング装置。
14. 前記赤外光源は、約１０５０ｎｍ、約１３００ｎｍ、約１５５０ｎｍ、および約１６５０ｎｍからなるリストから選択される１つ以上の波長を含む赤外光を提供する、請求項１に記載のイメージング装置。
15. 脈管構造をイメージングする方法であって、前記方法は、
    イメージングプローブから血液を通して脈管構造に向けて赤外光を放出するステップと、
    血液を通して前記脈管構造からの反射光を集めるステップと、
    前記反射光からイメージング信号を生成するステップと、
    前記イメージング信号から前記脈管構造の画像を生成するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記方法は、
    前記反射光から血液によって散乱された散乱光子をフィルタリングするステップと、
    前記反射光から弾道光子を収集するステップと、
    をさらに含み、
    前記イメージング信号は前記弾道光子を使用して生成される、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記反射光は、シャッタを有する赤外光カメラによって捕捉され、前記方法は、
    血液によって散乱された光子が前記赤外光カメラによって受け入れられるのをブロックし、弾道光子が前記赤外光カメラによって受け入れられるようにシャッタのタイミングを調整するステップをさらに含み、
    前記イメージング信号は前記弾道光子を使用して生成される、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記イメージングプローブから放出される赤外光は、前記脈管構造上に投影するためのパターンを含み、前記方法は、
    前記脈管構造を通して前記イメージングプローブを移動するステップと、
    前記イメージングプローブが前記脈管構造を通して移動するにつれて、前記反射光から複数のイメージング信号を生成するステップと、
    前記複数のイメージング信号から前記脈管構造の３次元モデルを生成するステップと、
    をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記方法は、前記反射光から偏光を除去するために前記反射光をフィルタリングするステップをさらに含み、前記イメージング信号は、非偏光を使用して生成される、請求項１５に記載の方法。
    
    

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