JP6842431B2 - 励起放射線に対する光ルミネセント応答を評価することによる体内物質検出 - Google Patents

励起放射線に対する光ルミネセント応答を評価することによる体内物質検出 Download PDF

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Description

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている２０１５年６月１０日出願の米国仮特許出願第６２／１７３，８４０号から優先権の利益を主張するものである。
本発明の開示は、特定のタイプの体内物質を生体内で検出するためのデバイス及び方法に関する。特に、本発明の開示は、比較的低電力のプローブデバイスによって励起されたヒト結石によって放出された光ルミネセンス放射線、例えば蛍光放射線を評価することによってヒト結石を生体内で検出することに関する。
ヒト結石、例えば、尿路結石は、人体内、例えばヒト泌尿器系内で尿中のミネラルから形成され得る。簡潔化の目的で、以下の議論は、尿路結石に主眼を置く。しかし、下記で言及することは、他のヒト結石（例えば、胆汁結石、膵臓結石、唾液結石、又は胆石）にも同様に適用可能である。
尿路結石は、潜在的に有害な有痛性病態を引き起こす可能性がある。従って、尿路結石の除去が指摘され得る。この目的に対して、異なる医療デバイスを伴う異なる技術が存在する。一部の例では、医療デバイス（例えば、尿管鏡）は、切除エネルギ（例えば、電磁放射線の形態にある切除エネルギ）を尿路結石に送出するように適合させることができる。切除エネルギは、ヒト結石の分解を引き起こす（砕石術）。ヒト結石のデブリは、その後に除去されるか又は泌尿器系を通って人体を離れることができる。
ヒト結石の分解は、相当な量の切除エネルギを必要とする可能性がある。これに加えて、砕石術治療は、多くの場合に内視鏡手順を伴う。この手順中に、医療施術者は、分解される尿路結石（例えば、尿管に位置付けられた尿路結石）を含む治療部位の明瞭な視界を持たない場合があると考えられる。関わっている高エネルギと組み合わせて、この限られた視覚的アクセスは、切除エネルギの印加による組織の損傷を含む合併症に至る可能性がある。例えば、切除エネルギの印加は、泌尿器系の壁を穿孔する可能性がある。そのような合併症を回避するために、砕石術のための医療デバイスがヒト結石に又はその近くに位置付けられたか否かを検出する技術が要求されている。
一態様では、本発明の開示は、切除エネルギを治療部位に送出するように構成された切除デバイスと、励起放射線を治療部位に送出するように構成されたプローブデバイスと、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線、例えば蛍光放射線を受光し、かつ受光した光ルミネセンス放射線に応答して検出信号を発生させるように構成された放射線受光デバイスとを含む医療デバイスに関し、励起放射線は、切除エネルギとは異なるものである。
一部の従来技術の砕石術システムでは、切除エネルギ自体が、治療部位で体内物質を励起するのに使用され、切除エネルギの送出に応答して発生する電磁放射線は、ヒト結石と他の体内物質（例えば、組織）の間で区別するために使用されてきた。一部の例では、ヒト結石の切除のためのレーザパルスの前縁によって引き起こされる放射応答は、ヒト結石検出に向けて分析されている。これらのシステムでは、切除される体内物質がヒト結石ではないことを放射応答が示した場合に、切除エネルギの送出は中断される（例えば、高速スイッチにより）。しかし、この技術は、切除とヒト結石検出とのために同じレーザ源（例えば、同じ波長範囲）を使用することを必要とする。その結果、適度な応答を引き出すのに必要なエネルギが高い可能性がある。ヒト結石切除に有用である一部のレーザ又はレーザ作動パラメータに対して、適度な光ルミネセント応答は全く取得不能であるかもしれない。本発明の開示の技術は、これらの問題に対処することができる。
励起信号（及び潜在的に切除エネルギ）がその上に印加される体内物質のタイプを決定するために処理することができる光ルミネセント応答を励起するために切除エネルギ以外の励起放射線を使用することは、１又は２以上の利点を有することができる。
一例では、医療デバイスは、切除エネルギ源と、励起放射線源と、ロックイン増幅器を有する位相感応検出デバイスを含む放射線受光デバイスとを含むことができる。医療デバイスは、切除エネルギ源と、励起放射線源と、放射線受光デバイスとに作動可能に結合されたプローブを更に含むことができる。更に、医療デバイスは、励起放射線源と作動可能に結合されたパルス発生器を含むことができる。
医療デバイスは、以下の特徴のうちのいずれか１つ又は２以上を含むことができる。放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方とすることができる。位相感応検出デバイスは、ロックイン増幅器を含むことができる。デバイスは、複数のダイクロイックミラーを更に含むことができる。プローブは、光ファイバを含むことができる。
更に別の例では、医療デバイスは、第１のレーザエネルギ源と第２のレーザエネルギ源を含むことができる。医療デバイスはまた、ロックイン増幅器を含む放射線受光デバイスを含むことができる。更に、医療デバイスは、第１のレーザエネルギ源と、第２のレーザエネルギ源と、放射線受光デバイスとに作動可能に結合されたプローブを含むことができる。
医療デバイスは、以下の特徴のうちのいずれか１つ又は２以上を含むことができる。放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方とすることができる。医療デバイスは、第２のレーザエネルギ源と作動可能に結合されたパルス発生器を更に含むことができる。医療デバイスは、第１のレーザエネルギ源の放出経路とプローブとの間に作動可能に位置決めされた第１のミラーと、第２のレーザエネルギ源の放出経路とプローブとの間に作動可能に位置決めされた第２のミラーとを更に含むことができる。第１のミラーは、不可視光スペクトル内の波長を有するエネルギを透過し、かつ可視光スペクトル内の波長を有するエネルギを反射することができる。第２のミラーは、可視光スペクトル内の波長を有するエネルギを反射し、かつ光ルミネセンス放射線を透過することができる。
更に別の例において、方法は、可視光スペクトル内の波長を有する励起放射線を治療部位に送出する段階と、励起放射線に応答した放射線を治療部位から受光する段階とを含むことができる。本方法はまた、受光放射線に基づいてターゲットを治療部位の残余から区別する段階と、切除エネルギを通じてターゲットを損傷する段階とを含むことができる。更に、本方法は、損傷する段階中に励起放射線の送出を継続する段階を含むことができる。
本方法の例は、以下の特徴のうちのいずれか１つ又は２以上を更に含むことができる。励起放射線の波長は、約５３２ｎｍとすることができる。切除エネルギは、パルス駆動させることができる。治療部位から受光する放射線は、光ルミネセンス放射線とすることができる。切除エネルギを送出する段階は、機械的砕石術デバイスを通じて切除エネルギを送出する段階を更に含むことができる。切除エネルギを送出する段階は、不可視光スペクトル内の波長を有する放射線を送出する段階を更に含むことができる。受光放射線に基づいてターゲットを治療部位の残余から区別する段階は、受光放射線の強度を予め決められた閾値強度と比較する段階を含むことができる。本方法は、受光放射線の強度が予め決められた閾値強度よりも下である時に、切除エネルギを通じてターゲットを損傷する段階を停止する段階を更に含むことができる。切除エネルギを通じてターゲットを損傷する段階は、励起放射線に応答して治療部位から受光した放射線に応答して行うことができる。
第１に、励起エネルギ源は、適切な（例えば、最大の）光ルミネセント応答を引き出す観点で自由に選択することができる。これは、採用された切除デバイスに関係なく（例えば、切除レーザの波長に関係なく）、光ルミネセンス信号に基づく検出技術を使用することを可能にすることができる。一部の場合に、切除に使用されるレーザ源の波長は、光ルミネセント応答を発生させるのに不適切である可能性がある（例えば、中間赤外線波長範囲で放出するレーザ源）。例えば、砕石術手順では、Ｈｏ：ＹＡＧレーザが頻繁に使用される。本発明の開示のデバイスでは、プローブデバイスの励起波長は、切除エネルギ源の波長とは無関係に選択することができる。
第２に、切除デバイスは、比較的単純な方式で構成することができる。例えば、励起放射線は切除エネルギとは無関係に印加及び制御することができるので、本発明の開示の一部の例では、予め決められた時間の後でパルス式切除エネルギ源を停止するための手段は必要ではない。
第３に（かつその結果）、切除デバイスの切除領域内の体内物質のタイプを決定するのに比較的低いエネルギを使用することができる。その結果、本発明の開示の技術を使用する時に、プローブデバイスによって組織を損傷するリスクを低減することができる。例えば、使用される励起放射線のエネルギレベルは、ヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線（例えば、ＤＩＮ ＥＮ ６０８２５−１：２０１２−１１に記載のような）よりも低いとすることができる。一部の例では、プローブデバイスは、施術者が医療デバイスを作動させる間に常時アクティブである場合がある。
第４に、プローブデバイスの機能は、ある一定の切除システムに既に存在する切除システムの構成要素によって与えることができる。例えば、内視鏡をナビゲートする際に医療施術者を助けるためのパイロットレーザは、励起放射線源として使用することができる。すなわち、本発明の開示のデバイスは、切除エネルギが励起放射線としても機能するデバイスと比較してかなり高い複雑性を有する必要はない。
第１の態様に則した第２の態様では、プローブデバイスは、１又は２以上のレーザを含む。
第１の態様に則した第３の態様では、プローブデバイスは、１又は２以上の発光ダイオードを含む。
第１から第３の態様のうちのいずれか１つに則した第４の態様では、プローブデバイスは、励起放射線をパルス駆動方式で送出するように構成される。
第１から第４の態様のうちのいずれか１つに則した第５の態様では、プローブデバイスは、治療部位で組織を損傷しないようになったエネルギレベルで励起放射線を治療部位に送出するように構成される。
第１から第５の態様のうちのいずれか１つに則した第６の態様では、プローブデバイスは、ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１：２０１２−１１に記載されているヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線を超えないエネルギレベルで励起放射線を治療部位に送出するように構成される。
第１から第６の態様のうちのいずれか１つに則した第７の態様では、プローブデバイスは、毎秒２０ｍＪ未満、好ましくは毎秒５ｍＪ未満、より好ましくは毎秒１ｍＪ未満で励起放射線を治療部位に送出するように構成される。
第１から第７の態様のうちのいずれか１つに則した第８の態様では、プローブデバイスは、３８０と９００ｎｍの間の範囲の波長で励起放射線を送出するように構成される。
第８の態様に則した第９の態様では、プローブデバイスは、４８０と６２０ｎｍの間の範囲の波長で励起放射線を送出するように構成される。
第９の態様に則した第１０の態様では、プローブデバイスは、５００と５５０ｎｍの間の範囲の波長で励起放射線を送出するように構成される。
第１から第１０の態様のうちのいずれか１つに則した第１１の態様では、切除デバイスは、切除エネルギ源としてレーザを含む。
第１から第９の態様のうちのいずれか１つに則した第１０の態様では、切除デバイスは、電気水圧プローブを含む。
第１０の態様に則した第１１の態様では、レーザは、固体レーザである。
第１１の態様に則した第１２の態様では、レーザは、１．４μｍと３μｍの間の範囲の波長を有する。
第１１又は第１２の態様に則した第１３の態様では、レーザは、ＹＡＧベースのレーザ、好ましくは、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（約２．１μｍの波長を有する）、Ｔｍ：ＹＡＧレーザ（約２．１μｍの波長を有する）、又はＥｒ：ＹＡＧレーザ（約２．９４μｍの波長を有する）である。
第１０から第１３の態様のうちのいずれか１つに則した第１４の態様では、レーザは、１００μｓと１０ｍｓの間のパルス長、１６００ｎｍと２５００ｎｍの間の波長、及び５０ｍＪと６Ｊの間のパルスエネルギで切除エネルギを送出する。
第１から第１４の態様のうちのいずれか１つに則した第１５の態様では、放射線受光デバイスは、導波路と検出器を含み、導波路は、照明された治療部位から受光した光ルミネセンス放射線を検出器まで少なくとも部分的に案内するように構成される。
第１５の態様に則した第１６の態様では、導波路は、１又は２以上の光ファイバを含む。
第１５又は第１６の態様に則した第１７の態様では、導波路は、切除エネルギを治療部位まで案内するように更に構成される。
第１５から第１７の態様のうちのいずれか１つに則した第１８の態様では、導波路は、励起放射線を治療部位まで案内するように更に構成される。
第１から第１８の態様のうちのいずれか１つに則した第１９の態様では、プローブデバイスは、励起放射線の強度を変調する変調器を含む。
第１から第１９の態様のうちのいずれか１つに則した第２０の態様では、放射線受光デバイスは、受光した光ルミネセンス放射線の位相感応検出のためのデバイスを含む。
第２０の態様に則した第２１の態様では、位相感応検出のためのデバイスは、ロックイン増幅器である。
第１から第２１の態様のうちのいずれか１つに則した第２２の態様では、検出信号を発生させる段階は、励起放射線が治療部位に送出されていない間に１又は２以上の基準測定を使用する段階を含む。
第１から第２２の態様のうちのいずれか１つに則した第２３の態様では、医療デバイスは、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて１又は２以上のパラメータを決定するように構成されたコントローラを更に含み、医療デバイスは、１又は２以上のパラメータに基づいて治療部位に存在する体内物質のタイプを示す出力信号を発生させるように構成される。
第２３の態様に則した第２４の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線の強度が予め決められた閾値を超えると決定する段階を含む。
第２３又は第２４の態様に則した第２５の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線の強度レベルを決定する段階を含む。
第２３、２４、又は第２５の態様に則した第２６の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、１又は２以上の予め決められた波長範囲内の受光した光ルミネセンス放射線の強度を決定する段階を含む。
第２３から第２６の態様のうちのいずれか１つに則した第２７の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線のスペクトルを評価する段階を含む。
第２３から第２７の態様のうちのいずれか１つに則した第２８の態様では、出力信号は、治療部位が特定のタイプの体内物質を含むことを示している。
第２２から第２６の態様のうちのいずれか１つに則した第２９の態様では、出力信号は、治療部位が特定のタイプのヒト結石を含むことを示している。
第２９の態様に則した第３０の態様では、出力信号は、治療部位がヒト結石の少なくとも一部分を含むことを示している。
第２３から第３０の態様のうちのいずれか１つに則した第３１の態様では、コントローラは、１又は２以上のパラメータに基づいて体内物体と医療デバイスの間の距離を決定するように構成される。
第３１の態様に則した第３２の態様では、体内物体は、ヒト結石である。
第１から第３２の態様のうちのいずれか１つに則した第３３の態様では、励起放射線は、２又は３以上の別々の波長を含む。
第１から第３３の態様のうちのいずれか１つに則した第３４の態様では、励起放射線と切除エネルギは、医療デバイスに含まれる２つの異なるソースによって発生される。
第１から第３４の態様のうちのいずれか１つに則した第３５の態様では、励起放射線は、医療デバイスのパイロットレーザによって発生される。
第１から第３５の態様のうちのいずれか１つに則した第３６の態様では、医療デバイスは、砕石術デバイスである。
第１から第３６の態様のうちのいずれか１つに則した第３７の態様では、医療デバイスは、軟質又は硬質組織を除去するデバイスである。
第１から第３７の態様のうちのいずれか１つに則した第３８の態様では、医療デバイスは、内視鏡アクセスを通して切除エネルギ及び励起放射線を送出するように構成される。
第３５の態様に則した第３９の態様では、医療デバイスは、尿管鏡又は腎盂鏡を含む。
第１から第３９の態様のうちのいずれか１つに則した第４０の態様では、医療デバイスは、カテーテルを通して切除エネルギ及び励起放射線を送出するように構成される。
第１から第４０の態様のうちのいずれか１つに則した第４１の態様では、光ルミネセンス放射線は、５００ｎｍと８００ｎｍの間の波長範囲の放射線を含む。
第４２の態様では、生体内でヒト結石を検出する方法は、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光する段階と、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出する段階とを含み、治療部位での励起放射線は、治療部位で組織を損傷しないようになったエネルギレベルを有する。
第４３の態様、すなわち、生体内でヒト結石を検出する方法では、本方法は、励起放射線を治療部位に送出する段階と、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光する段階と、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出する段階とを含み、治療部位での励起放射線は、治療部位で組織を損傷しないようになったエネルギレベルを有する。
第４４の態様では、生体内でヒト結石を検出する方法は、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光する段階と、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出する段階とを含み、治療部位での励起放射線は、毎秒２０ｍＪ未満、好ましくは毎秒５ｍＪ未満、より好ましくは毎秒１ｍＪ未満で送出される。
第４５の態様では、生体内でヒト結石を検出する方法は、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光する段階と、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出する段階とを含み、治療部位に送出される励起放射線は、ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１：２０１２−１１に記載されているヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線を超えない。
第４２又は第４５の態様に則した第４６の態様では、本方法は、治療部位がヒト結石を含むか否かを示す出力信号を発生させる段階を更に含む。
第４６の態様に則した第４７の態様では、本方法は、受光した光ルミネセンス放射線の１又は２以上のパラメータを決定して治療部位内のヒト結石を検出する段階を更に含む。
第４６の態様に則した第４８の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線の強度が予め決められた閾値を超えると決定する段階を含む。
第４７又は第４８の態様に則した第４９の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線の強度レベルを決定する段階を含む。
第４７から第４９の態様のうちのいずれか１つに則した第５０の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、１又は２以上の予め決められた波長範囲内の受光した光ルミネセンス放射線の強度を決定する段階を含む。
第４７から第５０の態様のうちのいずれか１つに則した第５１の態様では、１又は２以上のパラメータを決定する段階は、受光した光ルミネセンス放射線のスペクトルを評価する段階を含む。
第４２から第５１の態様のうちのいずれか１つに則した第５２の態様では、治療部位内のヒト結石を検出する段階は、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて励起エネルギを送出するための医療デバイスとヒト結石の間の距離を決定する段階を含む。
第４２から第５２の態様のうちのいずれか１つに則した第５３の態様では、ヒト結石を検出する段階は、光ルミネセンス放射線の位相感応検出を含む。
第４２から第５３の態様のうちのいずれか１つに則した第５４の態様では、本方法は、治療部位にヒト結石が検出されない場合に切除エネルギの送出を禁止する段階を更に含む。
第４２から第５４の態様のうちのいずれか１つに則した第５５の態様では、本方法は、治療部位にヒト結石が検出される場合に切除エネルギをヒト結石に送出する段階を更に含む。
第４２から第５５の態様のうちのいずれか１つに則した第５６の態様では、本方法は、切除エネルギの送出の１又は２以上のパラメータが、検出された光ルミネセンス放射線の１又は２以上のパラメータに基づいて調節されることを更に含む。
第４２から第５６の態様のうちのいずれか１つに則した第５７の態様では、励起放射線は、内視鏡のパイロットレーザによって発生される。
第５８の態様では、内視鏡は、切除エネルギを治療部位に送出するように構成された切除レーザと、励起放射線を治療部位に送出するように構成されたプローブレーザと、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光するように構成された位相感応レシーバデバイスと、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出するように構成されたコントローラとを含む。
第５８の態様に則した第５９の態様では、励起放射線は、５０ｍＪ／ｓ未満、好ましくは２０ｍＪ／ｓ未満、より好ましくは５ｍＪ／ｓ未満で送出される。
第１から第４１の態様のうちの１つに即した第６０の態様では、切除エネルギの送出は、検出信号に応答してトリガされる。
第１から第４１の態様のうちの１つに即した第６１の態様では、切除エネルギの送出は、検出信号に応答して抑制される。
第１から第４１の態様のうちの１つに即した第６２の態様では、切除デバイスの１又は２以上の作動パラメータは、検出信号に応答して調節される。
第１から第４１の態様のうちの１つに即した第６３の態様では、励起放射線と切除エネルギは、治療部位に同時に送出されない。
本発明の開示による体内物質を切除するための例示的医療デバイスを示す図である。 ヒト泌尿器系と体内物質を切除するための例示的医療デバイスとの概略図である。 本発明の開示による例示的尿管鏡を描く図である。 本発明の開示による光ルミネセンススペクトルを測定するための測定設定を描く図である。 本発明の開示による切除レーザ源とプローブデバイスを組み合わせた測定設定を描く図である。 本発明の開示による切除レーザ源とプローブデバイスを組み合わせた別の測定設定を描く図である。 本発明の開示によるパルス式励起に応答する例示的光ルミネセンススペクトルを示す図である。 本発明の開示による連続波励起に応答する例示的光ルミネセンススペクトルを示す図である。 本発明の開示による異なる波長での光ルミネセント応答の関係を示す曲線を示す図である。 本発明の開示によりロックイン増幅器を使用することによって取り出された例示的光ルミネセンス信号を示す図である。 本発明の開示による例示的光ルミネセンススペクトルを示す図である。 本発明の開示による例示的光ルミネセンススペクトルを示す図である。 本発明の開示によりヒト結石を生体内で検出する例の段階を描く図である。
図１に関して、本発明による体内物質を切除するための例示的医療デバイスを以下に議論する。その後に、ヒト結石を検出するための特定のシステムを図２及び図３に関して議論する。生体外で測定した異なるヒト結石の信号を示す実験データを図４から図１１に関して議論する。最後に、光ルミネセンス信号に基づくヒト結石検出の詳細を図１２に関して以下に議論する。
切除デバイスの全般的態様
図１は、体内物質を切除するための医療デバイス１１０の概略図を示している。本発明の開示では、「体内物質」という用語は、軟質組織及び硬質組織、並びに非細胞体内物質（例えば、ヒト結石及び石灰化質）を含む。
医療デバイス１１０は、治療部位１０７に切除エネルギ１１０を送出するように構成された切除デバイス１０１と、治療部位１０７に励起放射線１０８を送出するように構成されたプローブデバイス１０２と、励起放射線１０８による照射を受けることに応答して治療部位１０７が放出する光ルミネセンス放射線１０５（例えば、蛍光放射線）を受光するように構成され、かつ受光した光ルミネセンス放射線１０５に応答して検出信号を出力するように構成された放射線受光デバイス１０３とを含む。図１に見ることができるように、励起放射線１０８は、切除エネルギ１１０とは異なっている（かつ切除エネルギ１１０とは異なる時点に印加することができる）。例えば、励起放射線は、切除エネルギとは異なるソースによって発生させることができる。他の例では、励起放射線を発生させるように切除エネルギ源の１又は２以上のパラメータ（例えば、レーザ源の波長）を変更することができる。いかなる場合でも、励起放射線は、治療ビームとして（例えば、ヒト結石切除に向けて使用されるパルスの一部として）供給されることはない。
本発明の開示では、「治療部位」という用語は、実際に切除治療が行われる部位に限定されない。限定ではなく、この用語は、潜在的に治療が行われる区域（例えば、切除デバイスの作動区域）として一般的に理解しなければならない。
医療デバイス１１０は、検出信号を処理するための及び／又はプローブデバイス及び放射線受光デバイスのうちの１又は２以上を制御するための任意的コントローラ１０４を更に含む。
医療デバイス１１０の要素を下記でより詳細に議論する。
切除デバイス１０１は、特定のタイプの体内物質の切除に適するあらゆるデバイスとすることができる。切除される組織は、軟質組織、硬質組織、又は非細胞体内物質（例えば、ヒト結石）のうちの１又は２以上を含むことができる。切除することができる異なる例示的体内物質を下記で議論する。一例では、切除される体内物質は、ヒト泌尿器系又は胆管内のヒト結石である。以下の議論は主としてヒト結石の切除に主眼を置くが、本発明の開示の技術は、ヒト結石切除に限定されない。本発明の開示のデバイス及び方法は、他の治療にも適用することができる。例えば、切除エネルギは、血管内の体内物質、良性及び悪性の腫瘍組織、痔核、ポリープ、筋腫、石灰化質、及び身体から除去することが望ましいあらゆる他の体内物質を切除するために印加することができる。一般的に、本明細書に説明する技術は、体内物質を切除するための切除デバイスを含むあらゆるカテーテルベースの医療デバイス又は内視鏡医療デバイスにおいて適用することができる。
更に、本説明は、ヒト患者を治療するためのデバイスに主眼を置くが、本発明の開示のデバイス及び技術は、動物（特に非ヒト哺乳動物）を治療するように適応させることができる。
一例では、切除デバイス１０１は、レーザ放射線を放出するためのレーザ源を含むことができる。以後、レーザ放射線を主として切除エネルギとして議論する。しかし、本発明の開示の技術は、レーザ切除技術を使用する医療デバイスに限定されない。一般的に、本発明の開示のプローブデバイスは、あらゆる適切な切除デバイスとの組合せに使用することができる。例えば、切除デバイスは、レーザ放射線以外の電磁放射線、熱、低温エネルギ、高周波（ＨＦ）エネルギ、音響エネルギ（例えば、超音波エネルギ）の形態、又は化学活性剤の形態にある切除エネルギを印加することができる。例えば、切除デバイスは、電気水圧プローブを含む。一例では、切除デバイス１０１は、ヒト結石を損傷するために切除エネルギを印加するように構成される。
切除エネルギを発生させるソース（例えば、レーザエネルギを放出するためのレーザ源）に加えて、一部の例では、切除デバイスは、切除エネルギを治療部位まで案内するための案内構成要素を含むことができる。一例では、案内手段は、放射切除エネルギ（例えば、レーザエネルギ）を治療部位まで案内する１又は２以上の導波路を含む（多くの場合に、切除エネルギ源は、治療部位から離れていることに起因して）。一例では、１又は２以上の導波路は、１又は２以上の光ファイバ構成要素を含む。
切除デバイス１０１に加えて、図１の医療デバイス１００は、プローブデバイス１０２を含む。プローブデバイス１０２は、治療部位１０７に励起放射線１０８を送出するように構成される。一例では、プローブデバイス１０２は、励起放射線１０８を放出するための１又は２以上のレーザ源（例えば、体内物質を切除するための医療デバイスのパイロットレーザ）を含む。別の例では、プローブデバイス１０２は、１又は２以上の発光ダイオードを含む。更に他の例では、プローブデバイスは、プラズマ放射線源（例えば、ガス放電源）を含む。
本明細書に使用する「光」という用語は、電磁スペクトルの可視部分（例えば、３８０ｎｍと７８０ｎｍの間の波長を有する放射線）に限定さない。限定ではなく、「光」という用語は、紫外波長範囲又は赤外線波長範囲の電磁放射線も網羅する。一例では、「光」という用語は、１００ｎｍと２０μｍの間の波長を網羅する。
励起放射線の波長は、特定のタイプの体内物質を検出するのに適切であるように選択することができる。一例では、プローブデバイスは、３８０ｎｍと９００ｎｍの間の範囲、好ましくは４８０ｎｍと６２０ｎｍの間の範囲、最も好ましくは５００ｎｍと５５０ｎｍの間の範囲の波長で励起エネルギを送出するように構成される。図３及び図４に関して以下に議論するが、一例では、ヒト結石内に十分に大きい光ルミネセンス信号を発生させるために５００ｎｍと５５０ｎｍの間の範囲の波長（例えば、５３２ｎｍ）を使用することができる。
励起放射線は、複数の波長での放射線を含むことができる。例えば、励起放射線は、２又は３以上の異なる波長帯域を含むことができる。
励起放射線は、狭帯域幅（例えば、５ｎｍ帯域幅未満）又は広帯域幅（例えば、５ｎｍ帯域幅を超える）を有することができる。
一部の例では、プローブデバイスは、パルス駆動方式で励起放射線を放出するように構成される。プローブデバイスは、１００Ｈｚと１０ｋＨｚの間の周波数でパルス式励起放射線を放出するように構成することができる。これらの周波数でのパルス持続時間は、１００ｐｓと１００ｍｓの間にあるとすることができる。他の例では、プローブデバイスは、励起放射線を実質的に連続波方式で発生させることができる。
プローブデバイス１０２は、励起放射線を治療部位１０７に向けて案内するための１又は２以上の導波路を含むことができる。一例では、１又は２以上の導波路は、電磁放射線の形態にある切除エネルギを治療部位に向けて案内する（切除エネルギ源と治療部位１０７の間の距離の少なくとも一部分に沿って）ために使用することができる。この場合に、１又は２以上の導波路は、切除デバイス及びプローブデバイスの一部を形成する。
一般的に、切除デバイス、プローブデバイス、及び放射線受光デバイスは、それぞれのソース及びレシーバ、並びに（適用可能な場合に）エネルギ又は放射線をターゲット治療部位まで及びそこから案内する構成要素を含む。これは、特定の構成要素、例えば、導波路が、これらのデバイスのうちの１又は２以上の一部を形成することを意味することができる。更に、切除デバイス、プローブデバイス、及び放射線受光デバイスは、必ずしも「独立型」構成要素ではない。言い換えれば、これらの構成要素は、医療切除デバイスの他の構成要素内に（例えば、医療切除デバイスのパイロットレーザ内に）組み込むことができる。
プローブデバイス１０２及び切除デバイス１０１に加えて、医療デバイス１１０は、励起放射線１０８による照明を受けることに応答して治療部位１０７が放出する光ルミネセンス放射線１０５を受光するための放射線受光デバイス１０３を含む。更に、放射線受光デバイス１０３は、受光した光ルミネセンス放射線１０５に応答して検出信号を出力するように構成される。
任意的コントローラ１０４は、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて１又は２以上のパラメータを決定するために出力された検出信号を処理するように構成することができる。更に、医療デバイス１０１は、治療部位の体内物質のタイプを示す出力信号を１又は２以上のパラメータに基づいて発生させるように構成することができ、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて切除エネルギ１１０の放出を阻止する信号を発生させるように構成することができ、又は受光した光ルミネセンス放射線に基づいて切除エネルギ１１０を切除デバイス１０１から放出させる信号を発生させるように構成することができる。これらの技術は、図１２に関して下記でより詳細に議論する。
（任意的に、コントローラ１０４との協働で）放射線受光デバイス１０３は、受光した光ルミネセンス放射線の位相感応検出のためのデバイスを使用することによって検出信号を発生させることができる。
一例では、プローブデバイス１０２は、励起放射線の強度を変調する変調器を含むことができる（特に位相感応検出が使用される場合に）。例えば、プローブデバイスは、周期的にオフ及びオンにすることができる。他の例では、励起放射線の強度は、周期的に変更することができる。
他の例では、プローブデバイスは、励起放射線を周期的パルス駆動方式で放出することによって変調された励起放射線を放出するように構成される。例えば、プローブデバイスは、パルス式励起放射線を１００Ｈｚと１０ｋＨｚの間の周波数で放出するように構成することができる。これらの周波数でのパルス持続時間は、１００ｐｓと１００ｍｓの間にあるとすることができる。
このようにして、受光した光ルミネセンス放射線も同じく（少なくとも部分的に）変調される。放射線受光デバイス１０３の位相感応検出のためのデバイスは、受光した光ルミネセンス放射線のうちのこの変調部分を検出するように構成することができる。一例では、位相感応検出のためのデバイスは、ロックイン増幅器である。
位相感応検出技術を使用することにより、検出処理のＳＮ比を改善することができる。その結果、使用可能な信号は、位相感応検出を使用しない場合よりも小さい励起電力で検出することができる。例えば、一部の例示的デバイスでは、ヒト結石を他の体内物質（例えば、軟質組織）から区別するのに毎秒２０ｍＪ又はそれよりも低い（又は毎秒５ｍＪピーク又はそれよりも低い）励起エネルギで十分とすることができる。他の例では、プローブデバイスは、ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１：２０１２−１１（又はヒトの皮膚に対する最大許容照射に関するあらゆる他の規制）に列挙されているヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線を超えない電力で励起放射線を送出するように構成される。
放射線受光デバイス１０３は、切除される治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を検出するあらゆる適切な光検出器を含むことができる。例えば、放射線受光デバイス１０３は、光ダイオード（例えば、ＡＰＤ光ダイオード又はＰＩＮ光ダイオード）を含むことができる。他の例では、放射線受光デバイス１０３は、光抵抗器を含むことができる。更に、放射線受光デバイス１０３は、２又は３以上の光検出器を含むことができる。更に、放射線受光デバイス１０３は、治療部位から放出されて受光した光ルミネセンス放射線をスペクトル分解方式で検出するための分光計を含むことができる。
励起放射線１０８と切除エネルギ１０６は、必ずしも完全に整合するわけではない。言い換えれば、切除エネルギは、治療部位で励起放射線とは若干異なる身体容積（例えば、より小さいか又はより大きい）に印加することができる。それにも関わらず、励起放射線１０８が入射する区域と切除エネルギ１０６が入射する区域とは重なりを有する。
図１では、切除デバイス１０１とプローブデバイス１０２を別々のデバイスとして描いている。しかし、本発明の開示の医療デバイスでは、切除デバイス１０１とプローブデバイス１０２が別々のデバイスである必要は必ずしもない。発生させる励起放射線が切除エネルギと異なることしか必要とされない。例えば、切除エネルギが電磁放射線の形態で送出される場合に、励起エネルギは、切除放射線とは異なる波長を有することができる。
一部の例では、切除デバイス１０１とプローブデバイス１０２は、予め決められた個数の構成要素を共有することができる。例えば、切除デバイスは、切除エネルギを発生させるためのレーザ源を含むことができる。このレーザ源は、切除放射線の波長とは異なる波長でのレーザ放射線を発生させるポンプレーザを含むことができる。ポンプレーザのレーザ放射線は、励起放射線として使用することができる。他の例では、切除デバイス及びプローブデバイスは、調節することができる波長を有する１つのデバイス内に組み込むことができる。この例では、切除エネルギは、第１の波長で送出することができ、励起放射線は、第２の異なる波長で送出することができる。本発明の開示では、「波長での」という表現は、必ずしも単一波長（だけ）を意味するわけではない。言い換えれば、「波長での」という表現は、パルス式放射線又は広帯域放射線（発光ダイオードの放射線放出等の）も含む。例えば、これらの関連における「波長での」という表現は、中心波長を示すことができる。
例示的内視鏡デバイス
体内物質を切除するための医療デバイスを図１に関して一般的に議論し終えたところで、体内物質を切除するための内視鏡医療デバイスの特定の例を図２及び図３に関して引き続き議論する。
上述のように、本発明の開示のデバイス及び方法は、砕石術治療に使用することができる。本発明の開示の技術を尿路内のヒト結石の治療に関して引き続き議論する。しかし、既に議論したように、本発明の開示の技術（特に図２及び図３に関して議論するデバイス）は、この種の治療に限定されない。例えば、これらの技術は、胆管又は別の身体部分内のヒト結石を治療するためのデバイスにおいて同等に適用することができる。
図２は、患者２０１の泌尿器系の概略図を示している。通常、泌尿器系（又は尿路）は、２つの腎臓２０５と、２つの対応する尿管２０６と、膀胱２０８と、尿道２０４とで構成される。図２は、上記に列記した身体部分を有する女性患者を示している。しかし、これらの部分は、男性患者にも同等に存在する。ヒト結石は、これらの身体部分のうちのいずれかの中に存在する可能性がある。問題を引き起こし、除去しなければならない多くのヒト結石は、図２に示すように尿管２０６に位置付けられる。この例では、ヒト結石２０７は、患者の左尿管に留められた状態である。
図２の例では、ヒト結石１０７は、医療デバイス２０２によって分解されることになる。図２の医療デバイス２０２は内視鏡とすることができ、この場合「内視鏡」は、内視鏡、結腸鏡、十二指腸鏡、膀胱鏡、子宮鏡、尿管鏡、腎盂鏡、膵臓鏡、又は内視鏡的逆行性胆道膵管造影鏡を含むプローブデバイス又は切除デバイスを治療部位まで通す又は誘導するためのあらゆる適切なデバイスを含むことができる。例えば、尿管鏡は、尿道２０４、膀胱２０８を通って尿管２０６のうちの１つに入り、更に腎盂に達することができるデバイスである。
ヒト結石損傷に使用すべき内視鏡は、可撓性又は剛性のシャフト２０３と、治療部位に存在する体内物質（例えば、ヒト結石）に送出されるか又はそこから放出される切除エネルギ、励起放射線、及び光ルミネセンス放射線のうちの１又は２以上を送出するための１又は複数の導波路（例えば、光ファイバデバイス）とを含む。
一部の例では、図１に関して議論した体内物質の切除のための医療デバイスは、内視鏡２０２（例えば、尿管鏡又は腎盂鏡）内に組み込むことができる。これらの例では、内視鏡は、シャフトの先端における位置から（例えば、シャフトの先端から５ｃｍ未満の位置から）励起放射線及び切除エネルギを送出するように構成される。例えば、切除エネルギ及び励起放射線は、１又は２以上の導波路を通して送出することができる。更に、治療部位によって放出された光ルミネセンス放射線をシャフト２０３を通る１又は２以上の導波路を通して医療デバイスの放射線受光デバイスに送出して戻すことができる。この例では、切除エネルギ源及び放射線源（例えば、切除レーザ及びプローブレーザ）を近位位置（例えば、内視鏡のハンドルにあるポート）で内視鏡に取り付けることができる。例えば、切除レーザ及びプローブデバイスのレーザは、光ファイバカプラを通して内視鏡の導波路に結合することができる。類似の方式で、光ルミネセンス放射線検出デバイスを近位位置（例えば、内視鏡のハンドルにあるポート）で内視鏡に結合することができる。
他の例では、切除エネルギ源、放射線エネルギ源、及び放射線受光デバイスのうちの１又は２以上は、内視鏡のシャフト又はハンドル内に組み込むことができる。
図２の例では、尿管内のヒト結石（例えば、腎臓結石）を議論した。別の例では、本発明の開示のデバイス及び方法は、胆結石、膵臓結石、又は胆石を切除するための医療デバイスにおいて使用することができる。例えば、本発明の開示の体内物質を切除するための医療デバイスは、胆結石を切除するために胆管内に挿入されるように構成された内視鏡を含むことができる。内視鏡は、胆結石切除のための切除エネルギ（例えば、レーザエネルギ）と、胆結石を検出する（胆結石を他の体内物質、例えば軟質組織から区別する）ために使用されるプローブデバイスの励起放射線とを送出するように構成することができる。
更に他の例では、本発明の開示の体内物質を切除するための医療デバイスは、組織を切除するために他の体腔又は血管内への挿入に向けて構成することができる。
図３は、図１に関して議論した体内物質の切断のための医療デバイスを含むヒト結石を治療するための内視鏡の例を示している。この例示的デバイスを引き続き議論する。
図３に記載の例示的内視鏡は、切除レーザ（又はあらゆる他の切除エネルギ源）と、パイロットレーザ（又は励起放射線を発生させるためのあらゆる他の励起放射線源）と、放射線受光デバイスとを用いて体内物質を切除するための医療デバイスを含む。図３に記載の例では、切除レーザ、パイロットレーザ、及び放射線受光デバイス（図３には示していない）は、単一ユニット３０１内（例えば、単一ハウジング内）に組み込まれる。ユニット３０１は、切除レーザ源及び励起源のレーザ放射線をコンソール３０１のポート３０７に供給するための光学構成要素を含む。他の例では、ユニット３０１は、切除エネルギ、励起放射線、及び／又は放出された光ルミネセンス放射線に対して異なるポートを含むことができる。
更に、例示的ユニット３０１は、ユーザが医療デバイスの１又は２以上のパラメータを設定することを可能にすることができるユーザ入力要素３０２を含む。そのようなパラメータは、ユーザが光ルミネセンス信号の検出感度を調節すること、又は励起信号を印加する体内物質のタイプを決定するのに使用される関連処理を調節（例えば、閾値調節）すること（例えば、図５に関して説明する段階５０２から段階５０５までのいずれかに関して）を可能にすることができる。そのようなユーザ入力要素３０２は、ユーザが切除デバイスの１又は２以上のパラメータを設定又は調節することを同じく可能にすることができる。更に、ユニット３０１は、切除デバイス又はプローブデバイスの１又は２以上のパラメータをユーザに示すための１又は２以上の表示デバイス３０５を含むことができる。更に、ユニット３０１は、照明された治療部位での体内物質のタイプを検出するために（例えば、照明された治療部位にヒト結石が存在するか否かを検出するために）、受光した光ルミネセンス放射線の信号特性を処理するためのコントローラを含むことができる。更に、そのようなコントローラは、表示要素３０５のうちの１又は２以上内で処理結果をユーザに表示することができ、検出された体内物質のタイプに依存して切除エネルギ１１０の放出を阻止することができ、又は検出された体内物質のタイプに依存して切除デバイス１０１から切除エネルギ１１０を放出させることができる。体内物質を検出するための技術の更に別の態様に対しては、下記で図４に関して議論する。
図３の例では、ユニット３０１は、上記で議論した構成要素を含む単一ユニットである。他の例では、切除システムは、上述の構成要素を含む１又は２以上のユニットを含む。例えば、レーザ切除源は、パイロットレーザとは異なるユニット内に含めることができる。この場合に、切除エネルギは、第１の導波路を通して内視鏡に供給することができ、それに対して励起エネルギは、第２の導波路を通して内視鏡に供給することができる。
別の例では、パイロットレーザを含むユニットである第１のユニットと切除レーザを含む第２のユニットとは、切除レーザ放射線を第１のユニットに伝達することができるように（又は励起放射線を第２のユニットに伝達することができるように）結合することができる。第１及び第２のそれぞれのユニットは、切除レーザ放射線と励起放射線との両方をポートに供給するように構成することができる。一部の例では、切除レーザ放射線と励起放射線は、単一光ファイバ（又は複数の光ファイバ）内で組み合わせることができる。
光ファイバ３０３（又は別の導波路）は、＋ポート３０７にかつ内視鏡のハンドル３０６のポート３０４に接続することができる。内視鏡は、近位位置にハンドル３０６と、ハンドルから遠位方向の中に延びるシャフト３１０とを含む。シャフト３０８は、切除エネルギ及び励起エネルギをシャフト３０８の遠位端に向けて案内するための導波路３１０（例えば、光ファイバ）を含む。更に、導波路３１０は、放出された光ルミネセンス放射線をシャフト３０８の遠位先端からハンドル３０６に向けて案内して戻すように構成することができる。
他の例では、シャフト３０８は、切除エネルギ、励起エネルギ、及び放出された光ルミネセンス放射線をシャフトの遠位先端に向けて及びそこから遠ざかるように案内する２又は３以上の導波路を含む。例えば、１つの導波路は、切除エネルギを案内するように配置することができ、それに対して第２の導波路は、励起エネルギを案内するように構成することができる。
シャフト３０８の遠位先端は、導波路３１０から射出する切除エネルギ及び励起エネルギを切除される治療部位（例えば、ヒト結石）に結合するための結合構造３０９を含むことができる。他の例では、結合構造は、シャフト３０８の遠位先端の近くにある予め決められた距離に配置することができる（例えば、切除エネルギ及び励起放射線を横方向に脱結合するために）。
結合構造は、切除レーザ放射線を調整する（例えば、フォーカス及び／又はステアリングする）光学要素を含むことができる。これに加えて又はこれに代えて、結合構造は、切除レーザ放射線を調整する（例えば、フォーカス及び／又はステアリングする）光学要素を含むことができる。切除レーザ放射線及び励起放射線を調整するための光学要素は、同じ光学要素とすることができる。
図３の例では、切除レーザ源、パイロットレーザ、及び放射線受光デバイスは、単一ユニット３０１内に組み込まれる。他の例では、これらの構成要素のうちの１又は２以上は、内視鏡の他の部分に配置することができる（これは、切除レーザ源とパイロットレーザと放射線受光デバイスとが内視鏡とは異なる切除デバイスの一部である場合にも適用される）。例えば、パイロットレーザは、内視鏡のハンドル３０６又はシャフト３０８内に組み込むことができる。これに加えて又はこれに代えて、放射線受光デバイス（例えば、検出器ダイオード）は、内視鏡のハンドル３０６又はシャフト３０８に組み込むことができる。他の例では、パイロットレーザ及び放射線受光デバイスは、内視鏡の遠位先端に配置することができる。
図３の例では、内視鏡は、剛性シャフト３０８を有する。しかし、図３に関して議論する体内物質を切除するための医療デバイスの構成要素は、可撓性シャフトを有する内視鏡内に上記で議論したものと同じ方式で組み込むことができる。更に、内視鏡は、図３に関して議論するものとは異なる方式で構成することができるが、図３に関して議論する体内物質を切除するための医療デバイスを依然として含むことができる。例えば、内視鏡は、シャフト及びハンドルに加えて追加の要素を含有することができる。例えば、内視鏡は、当業技術で公知の内視鏡の要素（例えば、治療部位の画像を提供するための撮像デバイス）を含むことができる。これに加えて又はこれに代えて、切除エネルギ及び励起エネルギを供給するためのポートは、内視鏡のハンドルとは異なる場所（例えば、ハンドルの遠位にある専用結合要素）に配置することができる。
ヒト結石の光ルミネセンス信号
図４から図１２に関して、ヒト結石を検出するための例示的方法を以下に議論する。最初に図４から図６に関して、ヒト結石によって放出された光ルミネセンス放射線（例えば、蛍光放射線）を測定するための異なる測定設定を以下に議論する。これらの設定は、光ルミネセンス放射線を生体外で測定するのに使用されていたが、これらの測定設定の構成要素は、図１から図３の医療デバイス内に組み込むことができる。その後に、異なるヒト結石及び他の体内物質の実験データを図７から図１１に関して提供する。最後に、ヒト結石を検出する異なる方法を図１２に関して議論する。
実験結果
以下の節では、本発明の開示で説明する方法を使用することによってヒト結石を検出することができることを明らかにする生体外実験の実験データを提供する。これらの生体外実験は、使用された材料の光学特性に関して生体内状況を厳密に再現するものである。
試料
約１２ヶ月の期間にわたって患者から摘出した４２個のヒト尿路結石をリン酸緩衝液（カルシウム、マグネシウム、抗真菌剤、及び抗生物質を添加した）中にＴ＝４℃で保存した。３５個の試料の結石組成をＮＩＲフーリエ変換分光測定によって検証した。結石の物質は、シュウ酸炭素一水和物、シュウ酸炭素二水和物、アパタイトリン酸マグネシウムアンモニウム六水和物（ストルバイト）、リン酸水素カルシウム二水和物（ブルシャイト）、アパタイト炭酸塩、及び尿酸であった。摘出直後又はＴ＝−１８℃での保存後のいずれの組織試料として、ブタの腎杯及び尿管（屠殺材料）を利用した。
設定及び放射線源
ファイバベースの光ルミネセンス測定のための設定を図４に示しており、励起放射線源４０１は、ダイクロイックミラー４０６（図１に記載の例では、５１４ｎｍと５４３ｎｍの間で、＞９８％の反射率、及び、５６１ｎｍと７９０ｎｍの間で、＞９５％の透過率を有するＥｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ製のダイクロイックレーザビームコンバイナ５５２ｎｍ）を通してプローブファイバ内に結合された。この励起放射線は、ダイクロイックミラー４０６によってファイバ４０２内に結合され、ヒト結石試料に向けて案内された。放出された光ルミネセンス放射線４０９は、ファイバ４０２によって集光され、ダイクロイックミラー４０６に通して、かつ別の石英ファイバ４０３（２００ｐｍの直径を有する）を通して回折格子分光計４０４（Ａｖａｎｔｅｓによって製造されているＡｖａＳｐｅｃ−３６４８−ＵＳＢ２回折格子３３０〜８５０ｎｍ）に案内された。検出光路内のロングパスフィルタ４０８（Ｓｃｈｏｔｔ ＯＧ５５０、Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ）によって残存励起光を抑制した。この設定は、放射線をファイバ４０２及び４０３内に結合するのに適切な受動光学要素（例えば、レンズ４０５及び４０７）を更に含むものであった。
図４の設定を生体外実験測定に用いたが、この設定は、医療デバイス（例えば、図１から図３に関して上記で議論したデバイス）内に組み込むことができる。一例では、励起放射線源４０１（プローブデバイスの一部としての）、回折格子分光計４０４（放射線受光デバイスの一部としての）、及び受動光学構成要素４０５〜４０８は、図３に示すユニット３０１内に組み込むことができる。更に、図４の設定が特定の構成要素を含む場合であっても、それと同じ役割のための異なる構成要素（例えば、異なるファイバ、異なる受動光学構成要素、又は異なる分光計）をこの構成を実施する医療デバイスに装備することができる。一般的に、図１から図３に関して上記で議論した構成要素は、図４の設定のそれぞれの構成要素を置換することができる。更に、図４の設定は自由空間光学系を含むが、対応する光ファイバ要素（例えば、励起放射線４１０をファイバ４０２内に結合するためのカプラ）を使用することができる。
第１の測定系列（図５に示す）では、蛍光励起に向けてダイオード励起受動Ｑスイッチ式レーザ（５３２ｎｍ）（ＣｒｙＬａｓ製の１ｋＨｚ ＦＴＳＳ３５５−５０）を用いた。ｆ＝１ｋＨｚの繰り返し速度では、パルス持続時間は、Ｔ＝１．２±０．０５ｎｓであった（ＡｌｐｈａＬａｓ製の光ダイオードＵＰＤ−２００−ＵＰ及びＴｅｋｔｒｏｎｉｘ製のデジタルオシロスコープＤＰＯ７０６０４ ６ＧＨｚ、２８ＧＳ／ｓを用いて測定したもの）。直径６００μｍの低ＯＨ石英プローブファイバ（ＳｔａｒＭｅｄＴｅｃ製のＬｉｇｈｔＴｒａｉｌ型のもの）の出力でのパルスエネルギは、Ｅ＝３６．５±１ｍＪであった（Ｏｐｈｉｒ製の焦電エネルギセンサＰＥ１０−ＳＨ−Ｖ２を用いて測定したもの）。
光ルミネセンス放射線信号を８つの人工結石部位上で集光し（分光計のＣＣＤアレイの積分時間は５０ｍｓであった）、更に１５個の患者試料上の５つから７つの点（全体で８２本の曲線、積分時間は５０ｍｓ）、ブタ腎杯の１６個の部位（積分時間は、それぞれ、５００ｍｓ及び１ｓ）、及びブタ尿管の１０個の部位（積分時間は１ｓ）上で集光した。この実験には、摘出直後の組織試料を用いた。全ての測定に関して、プローブファイバ４０２を検体との接触状態又は距離＜１ｍｍの場所のいずれかで保持した。異なる積分時間で取得したスペクトルを比較することを可能にするために、全ての曲線は、５３２ｎｍの波長での信号に対して正規化された。
次いで、励起源は、低電力連続波５３２ｎｍモジュール（Ｐ＜５ｍＷ及びＴＥＭ００ビームプロファイルを有するＲｏｉｔｈｎｅｒ Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ製のＣＷ５３２−００５Ｆ）に変更された。ｄ＝２３０μｍの石英ファイバの出力で測定された出力電力は、Ｐ＝０．４１±０．０７ｍＷであった（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ製のＬＭ−２ ＶＩＳ）。１３９個の蛍光値を４２個全ての患者試料上で取得した（各試料で３個から１０個の点、積分時間は２００ｍｓであった）。解凍したブタ腎杯上で４つの曲線を記録した（積分時間は１００ｍｓ）。
励起光及び光ルミネセンス光を反射し、一方、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ源５０１のビームを透過する別のダイクロイックミラー５０２（２１００ｎｍの波長及び３０Ｈｚの繰り返し速度で作動するＳｔａｒＭｅｄＴｅｃ製のＡｕｒｉｇａ ＸＬ、パルス持続時間は１００μｓと８００μｓの間にあった）を用いて実験設定を拡張した（図５に示す）。低ＯＨ石英プローブファイバ４０２は、ｄ＝６００μｍの直径を有し（ＳｔａｒＭｅｄＴｅｃ製のＬｉｇｈｔＴｒａｉｌ型のもの）、分光計４０４に接続されたファイバ４０３は、３６５μｍの直径を有した（ＳｔａｒＭｅｄＴｅｃ製のＬｉｇｈｔＴｒａｉｌ型のもの）。砕石術のためのレーザパルスエネルギは、１０Ｈｚの繰り返し速度でＥ＝２４０±５０ｍＪであった。Ｐ＝０．４５ｍＷの励起電力を用いて（Ｒｏｉｔｈｎｅｒ Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ製のＣＷ５３２−００５Ｆ）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザの放出間／放出中に１つのヒト結石に対していくつかのスペクトルが取得された。
類似の光学設定（図６に示す）を用いて、背景光に対して不感にするためにロックイン測定を実施し、５３２ｎｍダイオードレーザモジュール４０１（Ｐ＝１ｍＷの出力電力を有するＢｌａｕ Ｏｐｔｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ製のＦｌｅｘｐｏｉｎｔ ＦＲ−５３／１ＡＡＦ−ＡＶ−ＳＤ−ＰＥ）をパルス発生器６０３（ＵＰＧ１００、ＥＱ−３）によって変調した。このパルス発生器６０３は、各々がｔ＝７．５８ｍｓのオン時間及びオフ時間、すなわち、ｆ＝６６Ｈｚの変調周波数を有する矩形関数を発生させた。プローブファイバの出力での平均電力は、Ｐ＝０．３１±０．０２ｍＷであった（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ製のＬＭ−２ ＶＩＳによって測定した）。光ルミネセンス光路内で、第１のもの６０６（５３２ｎｍ及び２１００ｎｍでＴ＞９５％、５６０ｎｍと８５０ｎｍの間でＲ＞９０％）が５３２ｎｍの波長で透過を行い、第２のもの４０６（Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ製のダイクロイックレーザビームコンバイナ５５２ｎｍ：５１４ｎｍと５４３ｎｍの間で、＞９８％の反射率、及び、５６１ｎｍと７９０ｎｍの間で、＞９５％の透過率）が５３２ｎｍの波長で反射を行う２つのダイクロイックミラー４０６及び６０６によって励起光４１０を抑制した。光ルミネセンス光は、光ダイオード６０４（Ｔｈｏｒｌａｂｓ製のＤＥＴ１０Ａ）のＳＭＡアダプタにボルト留めされた端部を有するファイバ４０３（ｄ＝２００ｐｍ）内に結合された。ロックイン増幅器６０５（ＬＩＡ−ＭＶ−１５０−Ｓ、ＦＥＭＴＯ）の基準及び信号入力は、パルス発生器６０３及び光ダイオード６０４の信号に接続された。感度を１００ｐＶに、時定数を３００ｍｓに設定した。プローブファイバ４０２は、３６５μｍの直径を有していた（ＳｔａｒＭｅｄＴｅｃ製のＬｉｇｈｔＴｒａｉｌ）。６つの結石試料（４２個の集合からランダムに選択した試料毎に５つの点）及びヒト腕の内側の皮膚（３つの点）を試料として用いた。白色光背景は、実験室照明（図６には示していない蛍光ランプ）及びキセノン光源（同じく図６には示していない５１３３Ｃｏｍｂｉｌｉｇｈｔ ＰＤＤ、Ｗｏｌｆ）によって発生させた。
図４に関して既に議論したように、図５及び図６の設定も、医療デバイス（例えば、図１から図３に関して上記で議論したデバイス）内に組み込むことができる。一例では、励起放射線源４０１及びパルス発生器６０３（プローブデバイスの一部としての）、光ダイオード６０４及びロックイン増幅器（放射線受光デバイスの一部としての）、並びに受動光学構成要素４０５〜４０８及び６０６は、図３に示すユニット３０１内に組み込むことができる。更に、切除レーザ源５０１は、図３に示すユニット３０１又は別個のユニット内に組み込むことができる。
更に、図５及び図６の設定が特定の構成要素を含む場合であっても、それと同じ役割のための異なる構成要素（例えば、異なるファイバ、異なる受動光学構成要素、又は異なる分光計）をこの設定を実施する医療デバイスに装備することができる。一般的に、図１から図３に関して上記で議論した構成要素は、図５及び図６の設定のそれぞれの構成要素を置換することができる。更に、図５及び図６の設定は、自由空間光学系を含むが、対応する光ファイバ要素（例えば、励起放射線４１０をファイバ４０２内に結合するためのカプラ）を使用することができる。
測定データ
図７は、パルス式励起測定系列の結果を示している。異なる分光計積分時間で取得したデータを比較することができるように、全ての曲線は、５３２ｎｍの残存励起光に対して正規化された。１５個のヒト結石試料の正規化光ルミネセンス信号は、蛍光信号が最大値を有する約５９０ｎｍにおいて２７±１５である。これらの検体上で取得した８２本の曲線の「最も低いもの」は、この点で１．９５という値を有していた。全体的には５つの曲線しか７よりも小さい値を持たなかった。ブタの腎杯及び尿管は、背景（空気中に保持したファイバ）とそれ程異ならない信号を与え、５８７ｎｍの波長での正規化信号は＜０．５である。人工的結石の場合にも同じである。従って、パルス式放射線によって発生し、治療部位から放出される光ルミネセンス放射線をモニタすることによってヒト結石を他の体内物質から区別することができる。
図８に見ることができるように、低電力連続波励起（Ｐ＜０．５ｍＷ）により、尿路結石は、曲線が５３２ｎｍの波長での信号に対して正規化された場合に５８７ｎｍの波長で１８±１４という強い信号を与えた。最も小さい結石値（５８７ｎｍの波長での）は１．０５であった。ブタ腎杯上で測定した全ての点は＜１（０．７４±０．１）であった。ここでもまた、（比較的低電力の）ｃｗ放射線によって発生し、治療部位から放出される光ルミネセンス放射線をモニタすることによってヒト結石を他の体内物質から区別することができる。
パルス式測定及びｃｗ測定の系列の生データに着目すると、平均励起電力と、積分時間（分光計のＣＣＤアレイの）と、ファイバ直径との間の関係は線形ではないことを見ることができ、図９は、２つの波長（５３２ｎｍの第１の波長及び５８７ｎｍの第２の波長）での測定の生計数値を示している。例えば、腎杯のパルス式励起に関する計数値を比較すると、積分時間をｔ＝５００ｍｓからｔ＝１に倍増することは、２倍大きい計数値をもたらさなかった（しかし、５３２ｎｍの波長で１．４倍、５８７ｎｍの波長で１．６倍をもたらした）。平均励起電力は、パルス式レーザの場合に、Ｐ＝３６．５ｍＷであり、ｃｗ源の場合に、Ｐ＝０．４ｍＷであった。〜９０のこの係数を取り、尿路結石のｃｗ測定の場合の長めの積分時間に起因して４で割り、線形関係を使用すると（パルス式実験では６００μｍ、ｃｗ測定では２３０ｐ μｍである異なるファイバ直径を無視する）、計数値は、ｃｗ励起の場合よりもパルス式励起の場合に約２３倍大きいはずである。
しかし、計数値は、５３２ｎｍの波長でも（パルス式で６５０±２３０、ｃｗで７７０±３４０）、５８７ｎｍの波長でも（パルス式で１９６００±１１３００、ｃｗで１３２００±１０５００）有意に異なることはない。波長５３２ｎｍでの蛍光計数値に対する正規化は、異なる励起電力、積分時間、及びファイバ直径に起因する差を排除せず、従って、定量的に利用可能な数値を与えないが、図１０は、結果が定性的に正しく、全ての組織試料（及び人工結石）で、＜１であるが、ヒト尿路結石では１よりもかなり大きいことを示している。
砕石術中の測定原理の試験は、従来の文献に報じられたように、Ｈｏ：ＹＡＧパルスがヒト結石上に放出された時に強いルミネセンス信号が出現することを示した。しかし、この強いルミネセンス信号は、全てのパルスで発生するわけではなく不規則に発生する。
ロックイン設定（図６に示すようなｃｗ励起、光ダイオード検出）の場合に、高輝度白色光照明（キセノン光源）を用いても背景信号はＵ＝４００±１３０ｍＶであった（ロックイン増幅器の出力として）。６つの結石試料は、皮膚信号Ｕ＝４５０±７０ｍＶよりも３倍から９．５倍高いＵ＝１．５±０．３Ｖから４．３±０．２Ｖの値を与えた。これらの結果を図１０に要約している。
結石検出方法
図７から図１０の図に見ることができるように、本発明の開示で説明する技術によってヒト結石を他の体内物質（例えば、組織）から区別することができる。特に、ヒト結石の検出及び区別に向けて適度な光ルミネセンス信号を発生させるために、比較的低いエネルギで励起放射線を放出するプローブデバイスを使用することができる。これらの低エネルギレベルは、治療部位で組織が損傷を受けないように選択することができる。
本発明の開示では、「治療部位で組織が損傷を受けない」という表現は、励起放射線による組織のいかなる生理学的修正（例えば、微視的な病変又は修正）も除外しない。体内物質への無害な修正は、組織が永久に修正される場合であっても「損傷」としては考えられないことを理解しなければならない。言い換えれば、「損傷」という用語は、短期又は中期の合併症を引き起こす可能性がある組織の修正（例えば、破壊）を意味する。例えば、組織の巨視的な切除は、治療部位での組織への損傷であると考えられる。他の例では、体内血管（例えば、泌尿器系の血管）の穿孔は、治療部位での組織への損傷であると考えられる。損傷を引き起こす可能性がある励起放射線のパラメータは、特定の治療部位、特定の治療方式、及び特定の治療デバイスに依存するが、それにも関わらず、それぞれの適用事例に関して組織への損傷を引き起こさない励起放射線のパラメータ範囲（例えば、波長、パルス持続時間、照明時間、及びエネルギ）を決定することは可能である。
例えば、ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１：２０１２−１１に記載されているヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線を超えないエネルギレベルでの励起放射線は、治療部位で組織を損傷しない励起放射線と考えることができる。他の例では、５０ｍＪ／ｓよりも低く、好ましくは２０ｍＪ／ｓよりも低く、より好ましくは１ｍＪ／ｓよりも低いエネルギレベルをヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線と考えることができる。
更に、位相感応検出器を使用することによってヒト結石検出技術を更に改善することができる。位相感応検出処理の更に別の態様を下記で議論する。
図１１ａは、異なるヒト結石試料の更に別の例示的光ルミネセンススペクトル（実線）（生体外で検査した）と、緩衝溶液の基準測定値（破線）とを示している。図１１ａの例では、５３２ｎｍの連続波レーザ放射線を放出する周波数２倍固体レーザのレーザ励起放射線によってヒト結石試料を照明することによって光ルミネセンス信号を発生させた（図５の設定の場合のように）。レーザ励起放射線の平均電力は、１ｍＷ（この電力は皮膚の照射に関する規制要件によって許容されるレーザ電力よりも低い）よりも低い。図１１ａに見ることができるように、ヒト結石試料の光ルミネセンス信号は、基準試料の光ルミネセンス信号よりもかなり大きい。従って、低電力（例えば、５ｍＪ／ｓよりも低い）レーザ放射線によって照明された治療部位の放出した光ルミネセンス放射線の強度は、ヒト結石と他の体内物質（例えば、組織）との間で区別するために使用することができる。
一部の例では、ヒト結石試料の比較的大きい光ルミネセンス信号は、腎臓結石の特定の有機基質に起因する可能性がある（少なくとも一部の人工結石は同等の光ルミネセンス挙動を示さない）。図１１ａに示すものと類似の挙動は、胆結石試料においても見つけることができる。
図１１ａの例は、１ｍＷよりも低い平均電力の緑色連続波レーザによる励起を示すが、本発明の開示の医療デバイスでは他の励起源パラメータを使用することもできる。例えば、励起放射線を発生させる際に異なる波長のレーザ源を使用することができる。例えば、プローブデバイスは、３８０ｎｍと９００ｎｍの間の範囲（例えば、４８０ｎｍと６２０ｎｍの間、好ましくは５００ｎｍと５５０ｎｍの間の波長範囲）内の波長で励起エネルギを送出するように構成することができる。これに加えて又はこれに代えて、プローブデバイスは、５０ｍＪ／ｓ未満、好ましくは２０ｍＪ／ｓ未満、より好ましくは１ｍＪ／ｓ未満の励起放射線を送出することができる。一部の例では、レーザ源の出力レベルは、より高く、治療部位に送出される前に低減することができる（専用減衰要素により又は案内要素の損失により）。これに加えて又はこれに代えて、プローブデバイスのレーザ源は、パルス駆動させることができる（例えば、１００Ｈｚと１０ｋＨｚの間の繰り返し速度及び１００ｐｓと１００ｎｓの間のパルス長でパルス駆動させる）。
他の例では、レーザ源は、ＤＩＮ ＥＮ６０８２５−１：２０１２−１１に記載されているヒトの皮膚を照射することに関する最大許容放射線を超えないエネルギレベルで励起放射線を送出するように構成される。
更に、図１１ａの光ルミネセンス信号を発生させるために使用されるレーザは固体レーザであるが、本発明の開示の医療デバイスは、異なるタイプのレーザ（例えば、ファイバレーザ又は半導体レーザ）を含むことができる。他の例では、本発明の開示の医療デバイスにおいて治療部位を照明するために発光ダイオードを使用することができる。本発明の開示で議論するピーク電力値は、発光ダイオードによって容易に達成することができる。他の例では、励起放射線を発生させるのに更に異なる励起放射線源（例えば、ガス放電ランプ）を使用することができる。
一例では、図１１ａに示す光ルミネセンス信号を発生させるための放射線エネルギは、組織を切除するための医療デバイスのパイロットレーザによって供給することができる。
位相感応検出
図１１ｂは、内視鏡手術中に内視鏡デバイスを撮像するために多くの場合に使用されるタイプのランプによる白色光照明がある場合及びない場合の腎臓結石試料及び緩衝溶液の光ルミネセンススペクトルを示している。白色光源は、ヒト結石によって一般的に放出される多数の光ルミネセンス放射線とすることができる信号を発生させる可能性がある。従って、ヒト結石の光ルミネセンス信号の検出は、白色光照明条件下では困難である場合がある。
本発明の開示の医療デバイスは、検出処理のＳＮ比を改善するために位相感応検出技術を使用することができる（既に議論したように）。このようにして、ヒト結石によって発生される光ルミネセンス信号を内視鏡治療中に白色光照明の存在下においても検出することができる。しかし、ＳＮ比の改善は、白色光ランプ以外のノイズ源に対処するにも有利である場合がある。
一例では、放射線受光デバイスは、ロックイン増幅器を含む。ロックイン増幅器は、入力信号（すなわち、放射線に応答して発生され、治療部位から内視鏡を通して反射して戻された信号）を処理し、入力信号に基準信号（内部発振器又は外部基準ソースのいずれかから供給される）を乗算し、得られる信号を指定時間（例えば、数ミリ秒から数秒程度）にわたって積分するように構成される。得られる信号は、基準信号と同じ周波数ではないいずれの信号からの寄与も減衰された（理想的にはゼロの近くまで）ＤＣ信号である。例えば、ランプによる白色光照明に起因する信号は実質的にＤＣの信号であるので、放射線検出デバイスの増幅器内のロックは、この信号の影響を有意に減衰させることができる。
放射線検出デバイス内に位相感応検出器（例えば、増幅器内のロック）が含められる場合に、プローブデバイス（例えば、プローブレーザ源）は、変調励起エネルギ信号を発生させるように構成される。一例では、励起エネルギ信号は、強度変調されたものとすることができる。例えば、強度変調信号は、予め決められた周波数でパルス駆動されたパルス式信号とすることができる。他の例では、励起エネルギ信号は、過変調することができる（例えば、正弦波変調により）。特定の周波数で又はその近くで実質的な量の励起放射線エネルギを供給することが単に要求される。
これに代えて又はこれに加えて、特定のタイプの体内物質（例えば、ヒト結石）の光ルミネセンス信号を検出するのに、位相感応検出以外の技術を使用することができる。例えば、医療デバイスは、励起エネルギがオフに切り換えられている間に１又は２以上の基準測定を実施し、励起エネルギが送出される時に検出された信号を１又は２以上の基準測定値によって正規化するように構成することができる。このようにして、内視鏡手順中に使用される白色光ランプ又は他の周囲光源の寄与を低減することができる。
他の例では、既知の迷光ソース（例えば、内視鏡手術における白色光源）は、体内物質検出中にオフに切り換えることができる。
これに加えて又はこれに代えて、医療デバイスは、検出信号を予め決められた期間にわたって平均するように構成することができる。このようにして、検出信号内の不規則な変化を低減又は相殺することができる。
体内物質検出の例示的方法
以下の節では、体内物質検出のための例示的方法を図１２に関して議論する。以下で説明する方法は、体内物質を切除するためのデバイス（例えば、図１又は図３に関して記述したデバイス）によって実施することができる。
図１２に示すように、ヒト結石を生体内で検出する方法は、励起光を治療部位に送出する段階１２０１と、励起放射線によって照明されることに応答して治療部位から放出された光ルミネセンス放射線を受光する段階１２０２と、受光した光ルミネセンス放射線に基づいて治療部位内のヒト結石を検出する段階１２０５とを含むことができ、治療部位に送出される励起放射線は、治療部位で組織を損傷しないようになったエネルギレベルを有する。
一例では、本方法は、受光した光ルミネセンス放射線の強度が予め決められた閾値を超えていると決定する段階を含む。受光放射線の強度が予め決められた閾値を超えている場合に、治療部位がヒト結石（例えば、腎臓結石又は胆結石）を含むと決定することができる。受光放射線の強度が予め決められた閾値を超えていない場合に、治療部位がヒト結石を含まないと決定することができる。
一例では、治療部位から反射して戻された全ての放射線をヒト結石検出に向けて評価することができる。例えば、単一強度値を決定することができる（反射して戻された信号内に含まれる全ての波長にわたって実質的に積分する）。この場合に（かつ一般的に）、ある波長の励起放射線は、受光信号からフィルタ除去することができる（例えば、帯域遮断フィルタを使用することにより）。
他の例では、治療部位から反射して戻された放射線は、ヒト結石検出に向けて部分的にのみ評価することができる。例えば、受光放射線の一部分をフィルタリングすることができる（例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、又は帯域通過フィルタを使用することにより）。図１１ａの例では、腎臓結石の光ルミネセント応答が特定の波長範囲で特に高い可能性があることを見ることができる。従って、一部の例では、医療デバイスは、腎臓結石又は胆結石の検出に適する予め決められた波長範囲外の全ての放射線を遮断するためのフィルタを含む。本明細書で説明するフィルタは、別々の構成要素（例えば、フィルタとして作用する吸収又は反射コーティング）とすることができる。他の例では、フィルタリング機能は、光ルミネセンス放射線を案内するための光ファイバ構成要素（例えば、特定の透過機能を有する構成要素）によって与えることができる。
他の例では、ヒト結石検出技術は、複数の波長範囲を評価する段階を含む。例えば、第１の波長範囲の受光強度と第２の波長範囲の受光強度の比は、ヒト結石検出に使用することができる。
更に他の例では、受光放射線は、スペクトル分解方式で測定することができる。受光放射線のスペクトルは、ヒト結石検出に向けてヒト結石の１又は２以上の基準光ルミネセンススペクトルに対して比較することができる。しかし、上記でも議論したように、本発明の開示の技術を使用する時に、スペクトル分解された測定はヒト結石検出に必要ではない。例えば、ヒト結石検出には単一強度値（例えば、上述のように予め決められた波長帯域内のもの）で十分とすることができる。
受光放射線の特性は、受光放射線の１又は２以上のパラメータとして決定することができる。試料採取した治療部位内のヒト結石の検出は、１又は２以上のパラメータを評価する段階を含むことができる。例えば、パラメータは、予め決められた波長範囲内の受光放射線の強度とすることができる（例えば、５９０ｎｍでの強度）。
本明細書で説明する技術は、治療部位内にヒト結石が存在するか否かを検出するために使用することができる。上記で議論したように、一般的に、ヒト結石検出は、受光放射線の１又は２以上のパラメータに基づいて受光放射線をデジタル的に分類する段階（分類「結石なし」対分類「結石」）を伴う可能性がある。
しかし、本発明の開示の技術は、ヒト結石と体内物質を切除するための医療デバイス（例えば、体内物質を切除するための医療デバイスの遠位タイプ）との間の距離を決定するために使用することができる。一例では、ヒト結石と医療デバイスの間の距離は、受光した光ルミネセンス信号の強度レベルに基づいて検出することができる。一例では、受光した光ルミネセンス信号の強度レベルが高い程、医療デバイスとヒト結石の間の距離は小さい。
上記で議論したように、本発明の開示の技術は、ヒト結石以外の体内物質に切除エネルギを送出するために使用することができる。更に、医療デバイスとヒト結石の間の距離を決定することができる場合に（例えば、受光した光ルミネセンス信号の強度レベルを評価することにより）、医療デバイスのユーザは、医療デバイスをヒト結石切除のための位置（例えば、ヒト結石に可能な限り近いか又はヒト結石までの予め決められた距離の）に運ぶことができる。この医療デバイスは、ヒト結石と医療デバイスの間の距離に関するフィードバック（例えば、聴覚フィードバック又は視覚フィードバック）をユーザに提供するように構成することができる。
更に、本明細書で説明する技術は、切除エネルギ（例えば、切除レーザエネルギ）の送出中に使用することができる。切除エネルギもヒト結石内に実質的な光ルミネセント応答を引き出す可能性があるが、放出される光ルミネセント応答の信号強度が高められるので、依然としてヒト結石を確実に検出することができる。例えば、ヒト結石検出が、受光した光ルミネセンス信号を強度閾値に対して比較する段階を含む場合に、切除エネルギを通じて発生した追加の放射線は、決定処理を妨害することにはならない。
追記事項
上述の詳細説明は、詳細説明の一部を形成する添付図面への参照を含む。これらの図面は、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示的に示している。本明細書では、これらの実施形態を「例」とも呼ぶ。そのような例は、図示のもの又は説明するものに加えて追加の要素を含むことができる。しかし、本発明者は、図示の要素又は説明する要素のみが与えられる例も考えている。更に、本発明者は、特定の例（又はその１又は２以上の態様）に関して、又は他の例（又はその１又は２以上の態様）に関して、図示の要素又は説明する要素（又はその１又は２以上の態様）のあらゆる組合せ又は組み替えを使用する例も考えている。
この出願において参照する全ての文献、特許、及び特許文書は、その全てが、引用によって個々に組み込まれているかのように引用によって本明細書に組み込まれている。この出願と上述のように組み込まれているこれらの文献との間の整合しない使用の場合に、組み込まれている引用文献における使用がこの出願のものに対する追加のものであり、完全に相容れない矛盾に関してはこの出願における使用が優先すると考えられたい。
この出願では、特許文献において一般的であるように、「ａ」又は「ａｎ」は、あらゆる他の事例又は「少なくとも１つの」又は「１又は２以上の」の使用とは関係なく１又は１よりも多い要素を含む。この出願では、「又は」という用語は、別途示さない限り、非排他的であることを意味し、又は「Ａ又はＢ」は、「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」、及び「Ａ及びＢ」を含むことを意味するために使用する。この出願では、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」という用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」というそれぞれの用語の明白な英語均等物として使用する。更に、以下の特許請求の範囲では、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は非限定的であり、すなわち、特許請求の範囲においてそのような用語の後に列記するものに追加した要素を含むシステム、デバイス、物品、又は処理は、依然として当該特許請求の範囲の範囲に収まると見なされる。更に、以下の特許請求の範囲では、「第１」、「第２」、及び「第３」等の用語は、単なるラベルとして使用するものであり、これらの目的語に対して数字的な要件を課するように意図したものではない。更に、本明細書に使用する時に「約」、「実質的に」、及び「近似的に」という用語は、陳述する値の±５％内の値の範囲を示すことができる。
本明細書で説明する方法例は、少なくとも部分的に機械又はコンピュータ実装型とすることができる。一部の例は、上述の例に記述した方法を実施するように電子デバイスを構成するように作動可能な命令によって符号化されたコンピュータ可読媒体又は機械可読媒体を含むことができる。そのような方法の実施は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、又は高レベル言語コードなどのようなコードを含むことができる。そのようなコードは、異なる方法を実施するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の一部を形成することができる。更に、コードは、例えば、実行中又は他の時点で１又は２以上の揮発性又は不揮発性有形コンピュータ可読媒体上に有形的に格納することができる。これらの有形コンピュータ可読媒体の例は、ハードディスク、着脱可能磁気ディスク、着脱可能光ディスク（例えば、コンパクトディスク及びデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカード又はメモリスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び読取専用メモリ（ＲＯＭ）などを含むことができるがこれらに限定されない。
以上の説明は、例示的であるように意図したものであり、限定的であるように意図したものではない。例えば、上述した例（又はその１又は２以上の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。例えば、当業者は、以上の説明を精査した上で他の実施形態を使用することができる。閲読者が技術開示内容の性質を迅速に確認することを可能にするために、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠して要約書を提供する。この要約書は、特許請求の範囲又は意味を解釈又は限定するのに使用されることにはならないという理解の下に提出するものである。更に、上述の「発明を実施するための形態」では、本発明の開示を簡潔化するために異なる特徴を一緒にまとめている。これは、主張しない開示特徴がいずれかの特許請求の範囲に対して不可欠であるように意図するとして解釈すべきではない。言い換えれば、本発明の主題は、特定の開示実施形態の全ての特徴よりも少ない場所に存する場合がある。従って、以下の特許請求の範囲は、「発明を実施するための形態」に組み込まれており、各特許請求の範囲は、別個の実施形態として独立に成立し、そのような実施形態は、異なる組合せ又は組み替えにおいて互いに組み合わせることができるように考えている。本発明の範囲は、特許請求の範囲をそのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に参照することによって決定されなければならない。
以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１）切除エネルギ源と、励起放射線源と、ロックイン増幅器を有する位相感応検出デバイスを含む放射線受光デバイスと、前記切除エネルギ源，前記励起放射線源，及び，前記放射線受光デバイスに作動可能に結合されたプローブと、前記励起放射線源に作動可能に結合されたパルス発生器と、を含む医療デバイス。
（実施態様２）前記放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方である、実施態様１に記載のデバイス。
（実施態様３）前記切除エネルギ源は、パルス駆動される、実施態様１に記載のデバイス。
（実施態様４）複数のダイクロイックミラーを更に含む、実施態様１に記載のデバイス。
（実施態様５）前記プローブは、光ファイバを含む、実施態様１に記載のデバイス。
（実施態様６）第１のレーザエネルギ源と、第２のレーザエネルギ源と、ロックイン増幅器を含む放射線受光デバイスと、前記第１のレーザエネルギ源，前記第２のレーザエネルギ源，及び，前記放射線受光デバイスに作動可能に結合されたプローブと、を含む医療デバイス。
（実施態様７）前記放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方である、実施態様６に記載のデバイス。
（実施態様８）前記第２のレーザエネルギ源に作動可能に結合されたパルス発生器を更に含む、実施態様６に記載のデバイス。
（実施態様９）前記第１のレーザエネルギ源の放出経路と前記プローブとの間に作動可能に位置決めされた第１のミラーと、前記第２のレーザエネルギ源の放出経路と前記プローブとの間に作動可能に位置決めされた第２のミラーと、を更に含む、実施態様６に記載のデバイス。
（実施態様１０）前記第１のミラーは、不可視光スペクトルの波長を有するエネルギを透過し、かつ可視光スペクトルの波長を有するエネルギを反射する、実施態様９に記載のデバイス。
（実施態様１１）前記第２のミラーは、可視光スペクトルの波長を有するエネルギを反射し、かつ光ルミネセンス放射線を透過する、実施態様９に記載のデバイス。
（実施態様１２）光の可視スペクトルの波長を有する励起放射線を治療部位に送出する段階と、前記励起放射線に応答した放射線を前記治療部位から受光する段階と、受光した放射線に基づいてターゲットを前記治療部位の残余から区別する段階と、切除エネルギにより前記ターゲットを損傷する段階と、前記損傷する段階中に前記励起放射線の送出を継続する段階と、を含む方法。
（実施態様１３）前記励起放射線の波長は、約５３２ｎｍである、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１４）前記切除エネルギは、パルス駆動される、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１５）前記治療部位から受光した放射線は、光ルミネセンス放射線である、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１６）切除エネルギを送出する段階が、機械的砕石術デバイスを通じて切除エネルギを送出する段階を更に含む、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１７）切除エネルギを送出する段階が、光の不可視スペクトルの波長を有する放射線を送出する段階を更に含む、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１８）前記受光した放射線に基づいてターゲットを前記治療部位の残余から区別する段階が、受光した放射線の強度を予め決められた閾値強度と比較する段階を含む、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１９）受光した放射線の強度が前記予め決められた閾値強度よりも低い時に、前記切除エネルギにより前記ターゲットを損傷する段階を停止する段階を更に含む、実施態様１８に記載の方法。
（実施態様２０）前記切除エネルギにより前記ターゲットを損傷する段階が、前記励起放射線に応答して前記治療部位から受光した放射線に応答して行われる、実施態様１２に記載の方法。
１０７ 治療部位
４０１ 励起放射線源
４０２、４０３ ファイバ
６０３ パルス発生器
６０５ ロックイン増幅器

Claims (14)

  1. 切除エネルギ源と、
    励起放射線源と、
    放射線受光デバイスと、
    前記切除エネルギ源，前記励起放射線源，及び，前記放射線受光デバイスに作動可能に結合されたプローブと、
    前記励起放射線源に作動可能に結合されたパルス発生器と、
    コントローラと、を含み、
    前記コントローラは、
    治療部位への可視光スペクトルの波長を有する励起放射線をパルス駆動方式で発生するように前記励起放射線源を制御し、
    前記治療部位から受光した放射線に基づいてターゲットを前記治療部位の残余から区別し、
    前記ターゲットを損傷するための切除エネルギを発生するように切除エネルギ源を制御し、
    前記切除エネルギ源が前記切除エネルギを発生している間、前記励起放射線の発生を継続するように前記励起放射線源を制御するように構成されている、医療デバイス。
  2. 前記放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方である、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記切除エネルギ源は、パルス駆動される、請求項１に記載のデバイス。
  4. 複数のダイクロイックミラーを更に含む、請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記プローブは、光ファイバを含む、請求項１に記載のデバイス。
  6. 第１のレーザエネルギ源と、
    第２のレーザエネルギ源と、
    放射線受光デバイスと、
    前記第１のレーザエネルギ源，前記第２のレーザエネルギ源，及び，前記放射線受光デバイスに作動可能に結合されたプローブと、
    コントローラと、を含み、
    前記コントローラは、
    治療部位への可視光スペクトルの波長を有する励起放射線をパルス駆動方式で発生するように前記第１のレーザエネルギ源及び前記第２のレーザエネルギ源の一方を制御し、
    前記治療部位から受光した放射線に基づいてターゲットを前記治療部位の残余から区別し、
    前記ターゲットを損傷するための切除エネルギを発生するように前記第１のレーザエネルギ源及び前記第２のレーザエネルギ源の他方を制御し、
    前記第１のレーザエネルギ源及び前記第２のレーザエネルギ源の他方が前記切除エネルギを発生している間、前記励起放射線の発生を継続するように前記第１のレーザエネルギ源及び前記第２のレーザエネルギ源の一方を制御するように構成されている、医療デバイス。
  7. 前記放射線受光デバイスは、光ダイオード及び光抵抗器のうちの少なくとも一方である、請求項６に記載のデバイス。
  8. 前記第２のレーザエネルギ源に作動可能に結合されたパルス発生器を更に含む、請求項６に記載のデバイス。
  9. 前記第１のレーザエネルギ源の放出経路と前記プローブとの間に作動可能に位置決めされた第１のミラーと、
    前記第２のレーザエネルギ源の放出経路と前記プローブとの間に作動可能に位置決めされた第２のミラーと、
    を更に含む、請求項６に記載のデバイス。
  10. 前記第１のミラーは、不可視光スペクトルの波長を有するエネルギを透過し、かつ可視光スペクトルの波長を有するエネルギを反射する、請求項９に記載のデバイス。
  11. 前記第２のミラーは、可視光スペクトルの波長を有するエネルギを反射し、かつ光ルミネセンス放射線を透過する、請求項９に記載のデバイス。
  12. 前記励起放射線の各パルスの持続時間は、１００ｐｓと１００ｍｓの間であり、前記切除エネルギは、１６００ｎｍと２５００ｎｍの間の波長を有する、請求項１に記載のデバイス。
  13. 前記治療部位からの前記放射線は、前記放射線受光デバイスにより受光される、請求項１に記載のデバイス。
  14. 前記励起放射線の各パルスの持続時間は、１００ｐｓと１００ｍｓの間であり、前記切除エネルギは、１６００ｎｍと２５００ｎｍの間の波長を有する、請求項６に記載のデバイス。
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