JP6357285B2 - 光ファイバ及び連続する較正を有するシステム - Google Patents

Description

本発明は、概して、光ファイバを有するシステムに関する。特に、本発明は、光ファイバを有する介入デバイスを有するシステムであって、ファイバを通る光路の連続する較正を提供するシステムに関する。

画像ガイダンス中、疑わしい組織に例えばニードルをより正確に位置付けるために、デバイスの先端部の組織センシングに関心がありうる。今日のニードルは、多くの場合、このような組織フィードバックの可能性を有しない。近年、デバイスに組み込まれた複数の光ファイバを有する細長い介入デバイスが報告されており、かかる光ファイバは、介入デバイスの先端部の組織からのフィードバックを提供する。このようなデバイスは、特に、イメージングにおいて十分なコントラストを示さない組織に関して、小さい疑わしい組織ボリュームに向かう細密なガイダンスを可能にする。組織の識別を可能にするために、これらのデバイスは、拡散反射スペクトロスコピー（ＤＲＳ）を用いる。

いわゆるフォトニックニードルが、組織タイプを決定することを可能にし、この決定は、１又は複数の照明ファイバを通じて広帯域スペクトルを有する光を身体へ導き、反射されたスペクトルを測定し、１又は複数の収集ファイバを通じてこのスペクトルにアルゴリズムを適用することにより組織のタイプを決定することによって、行われる。これは、以前に測定された基準スペクトルにより、測定された組織スペクトルを正規化することによって得られることができる拡散反射測定である。これは、病院のワークフローにおいて煩わしい基準スペクトルによる頻繁な較正、又は光路内のすべてのコンポーネントの安定性についての非常に厳しい制御を含む部品ごとの較正を必要とし、これは、結果的に高いコストを生じさせ、大きいコアファイバに対する制約がＧ２１より小さいニードルの使用を実現不可にする。

本発明の目的は、光ファイバを有するシステムであって、光経路の連続する較正を提供するシステムを提供することである。

この目的及び他の目的は、独立請求項に記載のシステムによって解決される。他の実施形態は、従属請求項に記述される。

概して、本発明による組織検査のためのシステムは、光源、光検出器及び／又はスペクトロメータ、光学スイッチ及び処理ユニットを有する。すべてのこれらの構成要素はコンソールに設けられることができるが、例えば、処理ユニットは、構成要素の残りのものを制御するために、コンソール外に位置することもでき、例えばタブレットのように、ディスプレイとして描かれるものに含められることもできる。他の場合には、構成要素はそれぞれ別個のユニットに提供されることもできる。

システムは、遠位端表面を有する長尺シャフトを更に有し、照明ファイバ、照明ファイバの前のプラグ、及び検出ファイバが、長尺シャフト内に提供される。照明ファイバは、第１の屈折率を有する第１の材料で作られることができ、プラグは、第２の屈折率を有する第２の材料で作られ、第２の屈折率は、光の後方反射を可能にするように第１の屈折率と異なる。

照明ファイバ及び検出ファイバは、長尺シャフトを通って延在し及び遠位端表面に開放端を形成するチャネルに配置されることができ、それにより、照明ファイバの前面は、第１のチャネル内部に位置し、長尺シャフトの遠位端表面に隣り合って位置することができ。

検出ファイバは、長尺シャフトの第２のチャネル内に配置されることができ、それゆえ、前面は、遠位端表面によって規定される平面に位置することができる。他の場合、長尺シャフトは中空でありえ、２つのファイバは、例えば対向する壁に接着されることができ、それにより単一の大きく開いたチャネルを与える。

プラグは、照明ファイバの前に配置されることができ、プラグの第１の表面は、照明ファイバと光学的に接続され、第２の表面は、長尺シャフトの遠位端表面によって規定される平面内にある。

任意に、照明ファイバの前面が長尺シャフト内に位置するように、照明ファイバが長尺シャフトに配置され、照明ファイバの前面は、プラグの第１の表面と隣接する。

照明ファイバは、光源からその前面に光を伝送することができ、逆方向へ光を伝送することもでき、すなわちプラグから光学スイッチへ例えば後方反射されることができる。検出ファイバは、長尺シャフトの遠位端表面の前の組織から反射された光を、光学スイッチに伝送することができる。光学スイッチは、基準スペクトルを生成するために、後方反射された光をスペクトロメータに供給し、拡散反射スペクトルを生成するために、組織から反射された光をスペクトロメータに供給するように構成される。処理ユニットは、基準スペクトルにより拡散反射スペクトルを正規化することによって、組織スペクトルを生成するように構成される。

このようなシステムの主な見地は、連続する基準スペクトルの供給である。従って、病院のワークフローが、ウォームアップ時間及び基準スペクトル較正を除去することによって改善されることができる。それに代わって、システムは、スイッチオンすると即座に利用可能になりうる。更に、少なくとも、同じタイプのファイバが検出ファイバ及び照明ファイバの両方に使用され、ファイバがプロシージャの間に同じ曲がりを示すように一緒にルーティングされる場合、システムは、光ファイバを含むすべての個別の光学コンポーネントのスペクトル安定性のためのニーズを除去する。この見地によれば、基準スペクトルは、プラグの第１の表面から、すなわち照明ファイバの遠位端から始まる。同様に、組織から反射される光は、拡散反射スペクトルを生成するための検出ファイバによって収集され、検出ファイバの遠位端から始まる。照明ファイバ及び検出ファイバが上述したように一緒にルーティングされる場合、すなわち、それらが共通経路を共有する場合、例えば温度及びファイバ曲がりの変化のような物理条件の光ファイバへの影響は、光ファイバに同じように影響を与える。こうして、組織スペクトルが、基準スペクトルにより拡散反射スペクトルを正規化することによって生成される場合、コモンモード効果が打ち消され、その結果、改善された較正をもたらす。

その結果、システムは、更に拡張した期間の間使用でき、環境の変化に無反応である。従って、光学安定性及び大きい変動に対処するための能力に対する緩和された要求のため、光学コンポーネントのコストが大幅に減少し、また、大きい許容誤差がチェーン全体について可能にされるので、製造コストが減少する。他方、システムは、より高強度の照明光源の使用を可能にし、その結果、（ｉ）高ボリューム標準テレコムファイバ及び標準テレコムコネクタが使用されることができるので、光路のコストが減少され、（ｉｉ）高ボリューム標準テレコムファイバ（１２５ｕｍ直径）対電流大コアファイバ（２５０ｕｍ直径）の使用により、ニードルのサイズがより小さくなり、（ｉｉｉ）標準のＮＡファイバ（０．２２）対特別な高ＮＡファイバ（０．２８）の使用のため、コストが低減される。

一実施形態によれば、第３の材料を含む蛍光体で作られる素子が、照明ファイバの前面とプラグとの間に提供されることができる。照明ファイバは更に、蛍光光を伝送することができ、光学スイッチは更に、基準スペクトルを生成するために、蛍光光をスペクトロメータに供給することが可能である。ラインエミッタを更に有する蛍光体混合体を選択することによって、基準スペクトル較正だけでなく、スペクトロメータの波長シフトも連続的に補償されることができる。

一実施形態によれば、システムの光源は、照明ファイバとプラグとの間の素子の蛍光体を励起するためにＬＥＤ又はレーザ光源を有することができる。ＬＥＤ又はレーザ光源は、例えば青色でありうる；他の色又は放出波長もまた適切であり、例えば赤外線又は紫外線波長に対応する波長も適切でありうる。更に、光源は、光パルスを放出するように適応されることができる。ＬＥＤ又はレーザが光経路内の燐元素のための励起源として使用される場合、システムは、非常に高いパルス光出力の使用を可能にする。従って、システムは、もはや環境光の強度によって影響されない。大幅に短い測定期間のため、待ち時間は大きく減少し、それゆえ、エンドユーザへのリアルタイムフィードバックを可能にする。測定中の組織内のディスポーザルの移動はもはや問題でなく、なぜなら、ディスポーザルは、測定期間中に非常に短い距離しか移動することができないからであり、その結果、信頼できる組織測定を与える。

更に、照明ファイバに入る、遠隔蛍光体の少なくとも一部の後方反射を測定するように光路を変更することによって、連続する基準スペクトルが、光路全体について取得されることができる。こうして、ディスポーザブルの光学特性の厳しい制御の必要が除去されることができ、その結果、低減されたコストをもたらす。光学ファイバ自体の吸収によるこの後方反射された光のスペクトル応答の変化は、例えばこの個々の光学ファイバに属する、光学ファイバの製造中に得られた較正データの組を使用することにより、明示的に補償されることができ、又は、照明及び検出ファイバのために同じタイプの光学ファイバを使用することによって、暗示的に補償される。

先端部に隣接して蛍光体を有する素子を使用することにより、非常に高い光出力が、非常に良好な入力パワーによって達成されることができ、こうして、（ｉ）ファイバサイズの低減を実現し、（ｉｉ）全体の消費電力を低減し、（ｉｉｉ）標準テレコムファイバの再利用によりより低いコストでより小さいサイズのニードルを実現する。更に、光源がパルス化されることができ、適切な波長でのみ放出するので、生物学的安全性が改善される。特に、励起光源（例えば紫外線）より低い波長は全く存在しない。蛍光体混合物を注意深く選択することによって、全体のシステムのＳＮＲは、スペクトルの関心のある帯域について最適化されることができる。なお、「隣接する」は、数ミリメートル以内を意味し、すなわちシャフトの直径より小さく、言い換えると１ｍｍより小さく、最大では５ｍｍである。

本発明の１つの見地によれば、ａ）光源から光を放出するステップと、ｂ）光源からの光を照明ファイバに結合するステップと、ｃ）照明ファイバを通じて光を伝送するステップと、ｄ）照明ファイバを通じて戻りの光を光学スイッチに伝送するステップと、ｅ）組織からのスペクトル変調された光が、検出ファイバに反射されるステップと、ｆ）収集されたスペクトル変調された光を、光学スイッチに伝送するステップと、ｇ）照明ファイバからの光及び検出ファイバから光の両方を、光学スイッチを使用してスペクトロメータに供給するステップと、ｈ）スペクトロメータを使用して、照明ファイバから受信された光に基づいて検出ファイバからの光を正規化するステップと、を含む方法が提供される。方法の一実施形態により、ステップｄ）において、照明ファイバを通じた戻りの光の伝送は、（ｉ）照明ファイバの前面から、又は（ｉｉ）遠位端表面に隣接して位置する励起蛍光体から、の後方反射として達成される。

要するに、システムは、少なくとも１対のファイバを通じて光を送受信することができるコンソールを有する。

このコンソールは、高輝度照明を生成するために、ＬＥＤ又はレーザ光源を使用することができる。

コンソールは、ＬＥＤ又はレーザをパルス化することにより、高頻度のバックグラウンド測定を可能にし、それによって組織上の平均パワーを低下させる。

コンソールは、照明ファイバにおける戻り光のスペクトル測定を可能にするための光学スイッチとして、ダイクロイックスプリッタ及びシャッタ又はマルチプレクサを有することができる。

ファイバの対は、プラスチック保護チューブ又はケーブルに一緒に束ねられることができる。

細長のデバイスは、照明ファイバの先端部と細長のデバイスの遠位端表面との間に蛍光体を含む素子を有することができ、かかる素子は、照明光を変えることができ、例えば蛍光により青色照明光を広帯域スペクトルに変えることができる。

蛍光光は、遠位端表面を通じて直接組織へ伝送されることができ、及び照明ファイバに直接戻ることができ、戻った蛍光光は、連続する基準スペクトルとして役立つ。後方散乱の高い減衰のため、照明ファイバの戻り信号に対する組織の効果は、１０^−４より小さくなりうる。

組織を通じて後方散乱された蛍光光は、検出ファイバの遠位端表面において受け取られることができる。

検出ファイバは、コンソールのスペクトロメータの方へ光をガイドすることができる。

スペクトロメータは、連続する基準スペクトル信号及び拡散反射された組織信号の両方を測定することができる。

組織スペクトルは、基準信号により、拡散反射された組織信号を正規化することによって計算されることができる。

一実施形態によれば、長尺シャフトは更にベベルを有することができ、それにより、遠位端表面が、長尺シャフトの長軸に対し鋭角に配置されることができる。なお、更に、長尺シャフトの鈍角の又は先細の端部又は部分球形の端部が、組織に導入されるように適応されることができる。

以下、幾何学的な見地が、より良好な理解のために規定される。まず、デバイスは、長手方向の主軸を有し、この主軸は、通常は、回転対称のシャフトの中心軸である。更に、デバイスの先端部分は、主軸に対し或る角度で切断されることができる。ベベルの先細の先端部は、ニードルの「前」の方向に向けられることができる。その結果、「側方」、すなわち「横方向」から見ると、ベベルと主軸との間の角度を認識することが可能である。

「ベベル」は、例えば組織にニードルを挿入するように、デバイスを導入するための幾何学的な構造である。通常、デバイスのシャフトは、円形断面を含む。シャフトの遠位端は、卵形表面が形成されることができるようにカットされ、かかる表面は、シャフトの長軸に対して傾斜したものと考えられることができる。ベベルは、生検デバイスの最も遠位端において先細の先端部を形成する。デバイスが、先細の先端部を有するように、ベベルは、シャフトに対し鋭角の角度を形成することができることに留意されたい。鋭角の角度は、２０°乃至４０°でありうる。

ベベル内の開口の光学ファイバの端部表面は、ファイバの実質的に円形断面の場合には、円形形状又はほぼ卵形の形状を有することができることに留意すべきである。ベベル表面においてファイバが終端する角度に依存して、ファイバの端部表面の形状が得られ、従って、放出される又は入力される光の方向が達成される。

傾斜したベベル表面のため、ファイバ端部の間の距離は、シャフトの直径より大きくなることがある。例えば、その距離は、直径より１．１倍大きくなりうる。特に、距離は、直径より１．２５倍大きくなりうる。好適には、距離は、直径より１．５倍大きくなりうる。言い換えると、ファイバ端部同士の間の距離は、可能な限り大きくされるべきである。このような距離は、複数のファイバのうち１つのファイバの中心軸から複数のファイバのうちの他のファイバの中心軸まで測定される。

一実施形態により、システムの長尺シャフトは、第１の表面及び第２の表面をもつプラグを有し、プラグは、チャネルに配置され、プラグの第１の表面が、プラグを通じて照明ファイバからの光を伝送するために照明ファイバの前面と接触し、第２の表面が、ベベル表面によって規定される平面内にあって、デバイスの遠位端において滑らかな遠位表面を形成する。照明ファイバは、第１の屈折率を有する第１の材料で作られることができ、プラグは、第２の屈折率を有する第２の材料で作られることができ、第２の屈折率は、第１の屈折率と異なる。例えば、プラグの材料は、水の屈折率と同様の屈折率を有することができる。

プラグの第２の表面は、ベベル表面に形成される開口のサイズ及び形状を有することができ、それにより、光学ファイバがプラグと共にチャネル内に収容されるとき、間隙のない滑らかな遠位表面が、ベベル表面及び第２の表面によって遠位端に形成される。

プラグの第２の表面及び検出ファイバの前面の一方は、光路を一層改善するために予め決められたラフネスを有することができる。

一実施形態によれば、照明ファイバの前面は、直線カットされることができ、すなわち、長軸に対して９０°の角度で構成されることができる。他の場合、角度は、６０°乃至９０°の範囲にあり、又は６０°乃至８０°の範囲にある。照明ファイバの前面と長軸の間の角度は、光の内部反射に影響を与え、後方反射された光及びプラグを通過する光の意図された関係に依存して選択されることができる。

一実施形態によれば、少なくとも第２の材料は、広帯域光学伝送及び低い減衰のために適応されることができる。

他の実施形態によれば、反射コーティングが、チャネルのチャネル壁に提供されることができる。コーティングはすべてのチャネルに提供されることができるが、チャネルの１又は２つのみに提供されることもできることに注意されたい。更に、チャネルのセクションのみにコーティングを提供することも有利でありうる。

一実施形態によれば、システムは更に、照明ファイバ及び検出ファイバを、光学スイッチを有するコンソールと相互接続するための、光ファイバを具備した相互接続ケーブルを有することができる。

更に他の実施形態によれば、長尺シャフトは、組織内の長尺シャフトを追跡するための追跡モダリティを更に有することができる。蛍光透視の間、長尺シャフトを追跡するための追跡モダリティは、長尺シャフトの遠位端に又はその近傍に好適に配置される放射線不透過マーカでありうる。磁石トモグラフィシステムの磁界内で長尺シャフトを追跡する追跡モダリティは、長尺シャフトの遠位端に又はその近傍に好適に配置される受動ＬＣ回路でありうる。追跡モダリティは、例えば長尺シャフトの位置及び／又は向きを決定するために使用されることができる。

システムは、組織検査の結果を表示するディスプレイ装置を更に有することができ、この場合、組織検査は、拡散反射スペクトロスコピー、拡散光学トモグラフィ、差分経路長スペクトロスコピー及び／又はラマンスペクトロスコピーに基づいて実施されることができる。

本発明の上述の見地及び他の見地、特徴及び利点は、後述される実施形態の例からも導き出されることができ、実施形態の例に関して説明される。本発明は、以下の実施形態の例に関して更に詳細に記述されるが、本発明はそれらの例に限定されない。

一実施形態によるシステムを示す図。 光学ファイバ内の光反射を示す図。 第１の実施形態による、長尺シャフトの遠位端部分を示す図。 一実施形態によるデバイスの正面図。 第２の実施形態による長尺シャフトの遠位端部分を示す図。 一実施形態による方法のステップを示すフローチャート。

図面における記述は、概略的であり、一定の縮尺ではない。適当な場合、同様の構成要素が複数の異なる図において同じ参照符号を与えられていることに注意されたい。

図１は、連続する較正を提供するシステムを示す。図示のように、長尺シャフト１０のファイバ４０は、光学コンソール６０に光学ケーブル４５を通じて接続される。光ファイバは、光学ガイド又は光導波路として理解されることができる。一実施形態において、コンソール６０は、光源６４、光学スイッチ６５、及び光学検出器又はスペクトロメータ６６を有する。光源は、埋め込まれたシャッタを有するハロゲン広帯域光源の形態で、又はレーザ若しくはＬＥＤの形態で提供されることができる。光学検出器６６は、実質的に波長スペクトルの可視及び赤外領域の波長、例えば４００ｎｍ乃至１７００ｎｍの波長、をもつ光を分解することができる。光源６４及び検出器６６の組み合わせは、拡散反射測定を可能にする。

図５に示される長尺シャフトには、蛍光体を有する素子５２が提供されることができ、蛍光体は、長尺シャフトの遠位端表面から出るだけでなく照明ファイバを通ってコンソールへ戻るように蛍光を放出するように、光源によって励起されることができる。励起された蛍光体は、全方向に光を放出し、ゆえに、光の一部は、ベベル端面を通って組織に放出され、後方反射された蛍光体からの光放出は、収集経路内のダイクロイックミラー（レーザ光を透過し、広帯域光を反射する）及びビームスイッチを通じて検出器の方へ向けられ、ビームスイッチは、検出ファイバからの光又は照明ファイバから後方反射された光を、交互に又は必要時に検出器にガイドする。この後方反射された光は、全体の光路の基準スペクトル較正として使用され、すなわち、組織のスペクトル伝達関数が、照明ファイバからの後方反射され測定されるスペクトルにより、検出ファイバからの測定されたスペクトルを正規化することによって計算される。

蛍光体のより良好な励起を提供する光源は、レーザ（例えば半導体レーザ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はフィルタ付き光源（例えばフィルタ付き水銀ランプ）でありうる。蛍光体の励起の場合、青色ＬＥＤ又は青色レーザが有利でありうる。励起光源によって放出される波長は、検出される光の波長のレンジより短いものでありうる。励起光による検出器の起こりうる過負荷を回避するために、検出フィルタを使用して励起光をフィルタ除去することが好適でありうる。互いに区別されることが必要な複数の燐光／蛍光エンティティが存在する場合、例えばスペクトロメータのような波長選択検出器が必要である。

任意に、例えば生検が画像ガイダンス下で行われる場合、コンソールは、身体内部をイメージングすることが可能なイメージングモダリティに結合されることも可能である。この場合、生検組織が生検のコンテナに取得されるときに内部の画像を記憶することも可能である。この場合、光学生検針のインビボ情報、生検組織の病理情報、及び生検組織が取得されたロケーションが、高度な病理学のために一緒にまとめられることができる。

図１には更に、吸引装置７０、エクスビボの病理情報を得るためのデバイス８０、及び保存コンテナ９０が示される。吸引装置は、長尺シャフトの近位端部に接続されることができ、それゆえ、負圧又は真空が、長尺シャフト（例えば生検デバイス）を通じて、その遠位端に印加されることができる。

デバイス８０は、検査された組織サンプルの病理学的見地を表現する制御コマンド又はデータのような情報を交換するために、ワイヤによって又はワイヤレスでコンソール６０に接続されることができる。デバイス８０は、光学スキャナ及び画像管理システムを有するデジタル病理システムでありえ、デジタル病理システムは、組織染色画像のデジタル化、記憶、取り出し及び処理、ストレージボックスコンテナに保存された情報の読み出し、及び病理学者への提示のためのこの情報とデジタル化された染色データセットの統合を可能にする。これに加えて、フォトニック生検デバイスからのデータセットが、組織病理学画像に次いで提示されることができ、又は、２つのデータセットが、画像に融合されることができ、それらは画像の特定の色彩パターンで特徴付けられ、判別可能である。例えば、生体内で測定される酸素供給レベルは、赤色として加えられることができ、この場合、深い赤色は、低酸素供給を意味し、明るい赤色は、高酸素供給レベルを意味する。更に、ＦＴＩＲ又はラマンからの分子空間分布が、特定の分子の病理スライドにカラーコード化マッピングとして加えられることができる。

最初にインビボ組織検査、すなわち身体内検査を受けることができ、次にデバイス８０によってエクスビボの組織検査を受けることができる組織サンプルが、コンテナ９０に位置付けられることができる。分子診断が、組織生検（例えばシークエンシング又はＰＣＲ）又は生検組織の一部に実施されることもできる。

プロセッサは、測定されたスペクトルを、組織状態を示す生理学的パラメータに変換し、モニタ６８は、結果を視覚化するために使用されることができる。

プロセッサ上で実行可能コンピュータプログラムは、例えばプロセッサと共に又はその一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に提供されることができるが、他の形式で、例えばインターネット又は他のワイヤード又はワイヤレス通信システムを通じて、配布されることもできる。

図２は、光学ファイバ４０の遠位端部分の部分図である。ファイバは、コア２０、クラッド２２及びバッファ２４を有する。図２において矢印によって示されるように、光は、角度θ＜９０−θｃを有する光線について内部反射され、ここで、Θｃは、光線がコアクラッドインタフェースにおいて内部全反射を受ける臨界角である。ファイバに入射する又はファイバから出射する光の結合が、角度θ＜θｍａｘを有する光線について生じる。クラッド及びバッファに向かう傾斜したファイバインタフェースにおける内部反射は、これらの光線の角度θが、θ＞９０−θｃであり、全反射を受けないが、バッファに伝送され、バッファ材料によって吸収され散乱されることができるので、照明のために出力結合する及び検出のために入力結合する光の低減をもたらす。

例えば、反射コーティングをルーメンの側壁に付加することによって、ルーメンの側壁に当たる光は、リダイレクトされることができる。

図３には、ファイバ端部からの光出力の改善の可能性が図示される。光学ファイバ４０の前方に、プラグ５０が提供されることができ、プラグは、光学ファイバの前面と接触する第１の表面５５を有し、プラグは、例えばテフロンベースのプラスチックやギガビット光ファイバにおいて使用されるＣＹＴＯＰのような、広帯域光伝送及び低減衰を有するプラスチック材料から作られることができる。プラグのプラスチック材料は光学ファイバ４０の材料と異なり、その結果、光の屈折が、接触面において生じる。光の例示的なビームは、矢印チェーンによって図３に示される。

一実施形態によれば、光学ファイバとプラグとの間の接触面は、シャフトの長軸に対し垂直に直線カットされうる。図３に示される実施形態において、ファイバ４０とプラグ５０との間の第１の表面５５は傾斜している。これは、特定の方向に光を向けるために使用されることができる。プラグに対するファイバの傾斜角度βを調整することによって、ビームの方向は、上方向又は下方向に（又は有利である場合には横方向に）ステアリングされることができる。上部及び底部ファイバの異なる傾斜を使用することによって、２つのファイバの円錐角が交差する領域が調整されることができる。接触面の角度及び形態は、光の後方反射の量にも影響を与える。

後方反射された光は、較正を可能にする。ニードルの先端部の照明ファイバの後方反射は更に、垂直なファイバ端面上の半透明なコーティング又は傾斜したファイバ端部上での内部反射の使用によって達成されることができる。後方反射される光の量は、組織に放出される光と、基準光と、照明ファイバによって組織の散乱から収集される光との間の良好なバランスを与えるように調整される。実際の比率は例えば１%の後方反射でありえ、これはなお、組織から収集された光より１００倍小さく、従って、基準測定は、組織自体に影響されない。

屈折率差の代わりに、代替実施形態は、ファイバ端部上のコーティング、より高い又はより低い屈折率を有する離散層、その他を使用することができる。

他の改善として、プラグ５０は、円錐形状を有することができる。円錐形状は、組織に入る光のより良好な放出を可能にする。加えて、直線カットのファイバ端部の正確な位置は、あまり重要ではなく、最初にファイバがシャフト１０又は挿入体３５に挿入される製造プロセスが使用される場合、プラグの形態の遠位先端部分は、キャビティを形成するように成形される。プラグがファイバの正確な端部位置の許容誤差を補償することができることに注意されたい。

図４には、シャフト１０のベベル表面３０内のファイバ４０の構成を示す一実施形態が図示され、ベベル表面３０は、挿入体のベベル表面と外側管状シャフトの同一平面上のベベル表面との組み合わせによって形成されることができる。ファイバ４０の各々は、図３に関して述べたようなプラグとファイバの組み合わせ、又は図５に関して記述されるような蛍光体素子及びプラグとファイバの組み合わせでありうることに注意されたい。

図４の実施形態によれば、シャフトは、各々がベベル表面の開口を形成する３つのチャネルを有する。チャネルのうち２つには、光ファイバ４０が収容され、第３のチャネル３５は、注入又は排出チャネルとして使用されることができる。このようなチャネルは、シャフト内に又は挿入体内に形成される付加のチャネルでありえ、付加のチャネルは、挿入体の中を通って長手方向に延びるが、シャフトの壁に形成され、又は挿入体とシャフトとの間に形成され、又はシャフトと付加の外側管状部材との間に形成されることもできる。例えば、挿入体が中空シャフト内に収容されるチャネルは、挿入体を除去した後、サンプルをリトラクトするために使用されることができ、吸引装置は、組織のサンプルをリトラクトするために、真空をチャネルに印加することができる。代替として、リトラクションチャネルは、光ファイバ間のシャフト又は挿入体内に形成されることができ、リトラクションチャネルは、可能な限りシャフト又は挿入体の対向する側に好適に配置される。

図５は、光ファイバ、及び照明ファイバの前方の蛍光体を有する素子５２、を有するニードルの構造を示す。プラグと同様に、蛍光体素子は、照明ファイバの長手方向に測定されるときに、ほんの数ミリメートルの長さでありえ、特にシャフトの直径より小さい。照明ファイバの先端部における遠隔蛍光体は、レーザ又はＬＥＤ光によって励起されることができる。照明ファイバの端面は、直線カットされることができる。図５の実施形態において、蛍光体材料は、照明ファイバと、ベベル端面に低インデックス材料（例えば透明な接着剤）で作られるプラグとの間に封入される。検出ファイバは、ベベル角度と同じ高さにあるように完成される。

連続する較正のための簡略化された実施形態は、コンソールの光源からスペクトロメータまでフィードバックループを提供するのみで実現されることができることに注意されたい。この場合、使い捨ての照明ファイバ及び検出ファイバ並びにコンソールファイバは、厳しい製造許容差による固定の既知の伝達関数を有するべきであり、又は予め較正される。スペクトロメータのドリフトと、光源の不安定性、ウォーミングアップ及びエージングによるこの伝達関数に対する変更は、コンソール内のリアルタイムフィードバックループにおいて補償されることができる。

上述したような長尺シャフトを有するデバイスの例は、例えば局所麻酔学の分野におけるニードルインターベンションの間、又は、腫瘍学におけるニードルインターベンションの間、（例えば無菌性が重要である医療において）ファイバ光学検知アプリケーションのためのマルチシステムコネクタ及び一回使用の使い捨ての光学ディスポーザブルでありえ、介入プロシージャの間の交換可能な外科ナイフ及び他の光学ツールでありうる。

図６のフローチャートは、ここに記述される実施形態により実施される原理を示す。記述されるステップは、主要なステップであり、これらの主要なステップは細分され又はいくつかのサブステップに分割されることができることが理解される。更に、これらの主要なステップの間にサブステップがありうる。

ステップＳ１において、光源は光を放出する。光をフィルタリングすることによって又は直接生成されるものとして、光は、ステップＳ２において照明ファイバに結合される。

光は、ステップＳ３において、照明ファイバを通じて伝送されることができ、ステップＳ４において、長尺シャフトの遠位端表面に隣接する蛍光体を励起するために使用されることができる。ステップＳ４で励起された蛍光体からの又は照明ファイバの前面における後方反射として、光は、照明ファイバを通じて伝送され（ステップＳ３）、ステップＳ９において光学スイッチに再び伝送されることができる。

ステップＳ４において励起された蛍光体は、ステップＳ５において、可能性として蛍光体を含む素子の前のプラグを通じて、長尺シャフトの遠位端表面の方へ蛍光光を放出する。この光は、ステップＳ６において長尺シャフトから組織へと放出される。

組織からのスペクトル変調された光は、ステップＳ７において、長尺シャフトへ後方反射され、検出ファイバに入る。検出ファイバは、ステップＳ８において、収集された光を光学スイッチに伝送し、光学スイッチは、照明ファイバからの光（ステップＳ３）及び検出ファイバからの光（ステップＳ８）の両方をスペクトロメータに提供するように構成される。ステップＳ１０において、スペクトロメータは、照明ファイバから受け取られる後方反射された光に基づいて、検出ファイバからの光を正規化することができる。

一実施形態により、例えば青色光である光を生成する光源は、遠隔蛍光体を照明し、遠隔蛍光体は、基準スペクトルをスペクトロメータに直接知らせるため、及び組織を照明するための双方のために使用される広帯域光を放出し、それにより、スペクトロメータは、測定された組織スペクトル及び測定された基準スペクトルの比として、組織の拡散反射スペクトルを決定することができる。

本発明は、ステートメントＡ−Ｍに及ぶものと考えられる：

Ａ．組織検査のためのシステムであって、
光源（６４）、スペクトロメータ（６６）、光学スイッチ（６５）及び処理ユニットと、
遠位端表面（３０）を有する長尺シャフト（１０）と、
前面（４５）を有する照明ファイバ（４０）であって、前記照明ファイバは、第１の屈折率を有する第１の材料で作られており、前記長尺シャフトに配置され、前記前面は、前記長尺シャフト内に位置し、前記照明ファイバは、前記光源からの光を受けるように構成されている、照明ファイバと、
第１の表面（５５）及び第２の表面（５６）を有するプラグ（５０）であって、前記プラグは、前記照明ファイバの前に配置され、前記プラグの第１の表面が前記照明ファイバ（４０）と光学的に接続され、前記第２の表面が、前記長尺シャフトの遠位端表面（３０）に隣接して位置し、前記プラグは、第２の屈折率を有する第２の材料で作られており、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率と異なり、それにより前記照明ファイバへの光の後方反射を可能にする、プラグと、
前面を有する検出ファイバ（４１）であって、前記前面が前記遠位端表面（３０）に隣接して位置付けられるように前記長尺シャフトに配置される、検出ファイバと、
を有し、
前記照明ファイバは、前記光源（６４）からその前面に光を伝送することができ、前記プラグから前記光学スイッチ（６５）に光を伝送することができ、
前記検出ファイバは、前記遠位端表面の前の組織から反射される光を、前記光学スイッチに伝送することができ、
前記光学スイッチは、基準スペクトルを生成するために前記照明ファイバからの光をスペクトロメータに供給し、及び拡散反射スペクトルを生成するために前記検出ファイバからの光をスペクトロメータに供給するように構成され、
処理ユニットは、基準スペクトルにより拡散反射スペクトルを正規化することによって、組織スペクトルを生成するように構成される、システム。

Ｂ．第３の材料で作られた素子（５２）が、前記照明ファイバ（４０）の前面と前記プラグ（５０）との間に提供され、前記第３の材料は蛍光体を含み、前記照明ファイバは、蛍光光を伝送することができ、前記光学スイッチは更に、基準スペクトルを生成するために前記スペクトロメータに蛍光光を供給することが可能である、ステートメントＡに記載のシステム。

Ｃ．前記光源（６４）は、前記照明ファイバと前記プラグとの間の前記素子の前記蛍光体を励起するためにＬＥＤ又はレーザ光源を有する、ステートメントＢに記載のシステム。

Ｄ．前記光源（６４）は、光パルスを放出するように適応される、ステートメントＡ−Ｃのいずれか１つに記載のシステム。

Ｅ．前記遠位端表面が前記長尺シャフトの長軸に対し鋭角の角度で構成されるように、前記長尺シャフト（１０）が更にベベル（３０）を有する、ステートメントＡ−Ｄのいずれか１つに記載のシステム。

Ｆ．反射コーティングが、前記チャネルのうち少なくとも１つのチャネル壁に提供される、ステートメントＡ−Ｅのいずれか１つに記載のシステム。

Ｇ．前記プラグ（５０）の前記第２の表面及び前記検出ファイバ（４１）の前面の少なくとも一方が、予め決められたラフネスを有する、ステートメントＡ−Ｆのいずれか１項に記載のシステム。

Ｈ．前記プラグ（５０）は前記長尺シャフトの長手方向に長さを有し、前記プラグの長さは、前記長尺シャフトの直径の２倍より小さい、ステートメントＡ−Ｇのいずれか１項に記載のシステム。

Ｉ．前記照明ファイバ（４０）及び前記検出ファイバ（４１）を前記光学スイッチ（６５）と相互接続する、光ファイバを有する相互接続ケーブル（４２）を更に有する、ステートメントＡ−Ｈのいずれか１つに記載のシステム。

Ｊ．前記長尺シャフト（１０）が更に、組織内において前記長尺シャフトを追跡するための追跡モダリティを有する、ステートメントＡ−Ｉのいずれか１項に記載のシステム。

Ｋ．前記長尺シャフトは、少なくとも３つのチャネルを有し、１つのチャネルが、注入又は排出チャネルとして構成される、ステートメントＡ−Ｊのいずれか１つに記載のシステム。

Ｌ．ディスプレイ装置（６８）を更に有する、ステートメントＡ−Ｋのいずれか１つに記載のシステム。

Ｍ．前記システムが、拡散反射スペクトロスコピー、拡散光学トモグラフィ、差分経路長スペクトロスコピー及びラマンスペクトロスコピーを含むグループのうち少なくとも１つを実施するように適応される、ステートメントＡ−Ｌのいずれか１つに記載のシステム。

本発明は、図面及び上述の記述において詳しく図示され記述され、このような図示及び記述は、制限的なものではなく、説明的又は例示的であると考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に制限されない。図面、開示及び添付の請求項の検討から、開示された実施形態に対する他の変更が、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され達成されることができる。

請求項において、「含む、有する（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は、複数性を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。請求項における任意の参照符号は、請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

１０ シャフト、２０ コア、２２ クラッド、２４ バッファ、３０ ベベル表面、３５ 注入／リトラクションチャネル、４０ 照明ファイバ、４１ 検出ファイバ、４２ 光学ケーブル、４５ 前面、５０ プラグ、５２ 蛍光体素子、５５ 第１の表面、５６ 第２の表面、６０ コンソール、６４ 光源、６５ 光学スイッチ、６６ 光検出器、６８ モニタ、７０ 吸引装置、８０ エクスビボの組織検査のためのデバイス、９０ 保存コンテナ。

Claims (13)

1. 組織検査のためのシステムであって、
   光源、スペクトロメータ、光学スイッチ及び処理ユニットと、
   遠位端表面を有する長尺シャフトと、
   前面を有する照明ファイバであって、前記照明ファイバは、第１の屈折率を有する第１の光学材料で作られており、前記長尺シャフトに配され、前記前面が、前記長尺シャフト内に位置し、前記長尺シャフトの前記遠位端表面に隣接し、前記照明ファイバが、前記光源からの光を受けるよう構成される、照明ファイバと、
   第１の表面及び第２の表面を有する、第２の光学材料で作られたプラグであって、前記プラグは、前記照明ファイバの前に配され、前記プラグの第１の表面が、前記照明ファイバと向き合うとともに、前記照明ファイバと光学的に接続され、前記第２の表面が、前記長尺シャフトの前記遠位端表面の前の組織と接触し及び前記プラグを通って前記組織に伝送される照明光を放出するように、前記長尺シャフトの前記遠位端表面に隣接して位置し、前記第２の光学材料は、第２の屈折率を有し、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率と異なり、それにより前記光源からの光を前記照明ファイバへフレネル反射により後方反射させる、プラグと、
   前面を有する検出ファイバであって、前記前面が、前記長尺シャフトの前記遠位端表面の前の組織と接触するよう前記遠位端表面に隣接して位置付けられるように前記長尺シャフトに配される、検出ファイバと、
   を有し、
   前記照明ファイバは、前記光源から前記照明ファイバの前面に光を伝送することができ、前記プラグから前記光学スイッチに光を伝送することができ、
   前記検出ファイバは、前記遠位端表面の前の組織の一部から反射される光を、前記光学スイッチに伝送することができ、
   前記光学スイッチは、基準スペクトルを生成するために前記照明ファイバからの光を前記スペクトロメータに供給し、及び拡散反射スペクトルを生成するために前記検出ファイバからの光を前記スペクトロメータに供給するように構成され、
   前記処理ユニットが、前記基準スペクトルにより前記拡散反射スペクトルを正規化することによって、組織スペクトルを生成する、システム。
2. 第３の材料で作られた素子が、前記照明ファイバの前記前面と前記プラグとの間に提供され、前記第３の材料は蛍光体を含み、前記照明ファイバは更に、蛍光光を伝送することができ、前記光学スイッチは更に、前記基準スペクトルを生成するために前記スペクトロメータに前記蛍光光を供給することが可能である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記光源は、前記照明ファイバと前記プラグとの間の前記素子の前記蛍光体を励起するためにＬＥＤ又はレーザ光源を有する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記光源は、光パルスを放出するように適応される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記遠位端表面が前記長尺シャフトの長軸に対し鋭角の角度で構成されるように、前記長尺シャフトがベベルを更に有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 反射コーティングが、前記長尺シャフト内の、前記照明ファイバ又は前記検出ファイバが配されるチャネルのチャネル壁の少なくとも一部に提供される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記プラグの前記第２の表面及び前記検出ファイバの前記前面の少なくとも一方が、予め決められたラフネスを有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記プラグが前記長尺シャフトの長手方向に長さを有し、前記プラグの長さは、前記長尺シャフトの直径の２倍より小さい、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記照明ファイバ及び前記検出ファイバを前記光学スイッチと相互接続する、光ファイバを有する相互接続ケーブルを更に有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記長尺シャフトが更に、組織内において前記長尺シャフトを追跡するための追跡モダリティを有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記長尺シャフトが少なくとも３つのチャネルを有し、１つのチャネルが、注入又は排出チャネルとして構成される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. ディスプレイ装置を更に有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記システムが、拡散反射スペクトロスコピー、拡散光学トモグラフィ、差分経路長スペクトロスコピー及びラマンスペクトロスコピーを含むグループのうち少なくとも１つを実施するように適応される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のシステム。

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