JP2009509694A

JP2009509694A - 不安定プラークの検出

Info

Publication number: JP2009509694A
Application number: JP2008533782A
Authority: JP
Inventors: アンドレスズルアガ，
Original assignee: Infraredx Inc
Current assignee: Infraredx Inc
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2009-03-12
Also published as: US7679754B2; US20070076212A1; WO2007041591B1; WO2007041591A2; US20090051923A1; US8035819B2; US7929145B2; US20110046490A1; US20100165353A1; EP1928307A2; US7450241B2; WO2007041591A3

Abstract

管腔内壁によって画定される管腔内の不安定プラークを検出するための装置とそれに関連した方法が記載されている。この装置は、遠位部と近位部とを備えたプローブを含む。この装置は、プローブに沿って延伸する光導波路を含む。この光導波路は遠位部と近位部との間で光放射を伝達するように構成されており、管腔内壁と連通する遠位端を備えている。この装置は、光導波路に結合されると共に管腔内壁の表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成された干渉計と、管腔内壁から収集される光の検出強度から分光情報を与えるよう構成された処理モジュールとを含む。

Description

本発明は管腔を診断するための装置に関し、特に、不安定プラークの検出に関する。

アテローム性動脈硬化症は、血管壁の変性を特徴とする血管疾患である。こうした変性は、患部血管の離散部位すなわちポケットで発生するとプラークと呼ばれる。ある種のプラークは、脳卒中又は心筋梗塞などの急性イベントに関係している。こうしたプラークは「不安定プラーク」と呼ばれる。不安定プラークは、典型的には、薄い線維性被膜により血液から分離した脂質を保持した貯留を含んでいる。線維性被膜は、管腔内の圧力上昇や血管痙攣に反応して破壊され、プラークの内部が血液流に曝されることがある。結果として生じる血栓は、虚血や塞栓の離脱に至ることがある。

不安定プラークの位置を特定する一つの方法としては、赤外線で動脈壁を透視するものがある。これを行うためには、カテーテルを動脈の管腔に挿入する。こうしたカテーテルは、動脈壁上のある箇所を赤外線で照らすための送出ファイバを含んでいる。この光の一部は血液及び動脈壁を通過して、動脈壁内部の構造体に当たって散乱し、管腔に再び入る。こうして再び入った光はカテーテル内の収集ファイバにより収集可能であり、分光分析に供せられる。この種の拡散反射分光法を用いて、脂質内容などの不安定プラークに関連すると考えられる重要な成分を含んだ、動脈組織の化学組成を特定できる。

不安定プラークの位置を特定する別の方法としては、管腔を囲む動脈組織を撮像するため光コヒーレンス断層撮影法(OCT)を用いるものがある。この方法を行うには、カテーテルを動脈の管腔に挿入する。こうしたカテーテルは、撮像光学素子を介して動脈壁までの限定的（原語：limited）コヒーレンス長を持つ光を運ぶファイバを含む。後方散乱光は、干渉計に向かってファイバに結合する。干渉計は、動脈組織の形状を測量するのに利用される相互相関信号を与える。動脈組織の形態に関するこの測量図は、不安定プラークに関連した線維性被膜及び他の構造的特徴を検出するのに利用できる。

発明の概要
本発明は、同一プローブ内で、赤外分光法と表面下撮像(例えばOTC)という２つの検出様式を組み合わせると、不安定プラークなどの病変を検出するプローブの能力が向上するという認識に基づいている。

一様態では、本発明は、管腔内壁により画定される管腔内の不安定プラークを検出するための装置に関する。前記装置は、遠位部と近位部とを備えたプローブを含む。前記装置は、前記プローブに沿って延伸する光導波路を含む。前記光導波路は前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するように構成されており、且つ前記管腔内壁と連通する遠位端を備えている。前記装置は、前記光導波路に結合されると共に前記管腔内壁の表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成された干渉計と、前記管腔内壁から収集される光の検出強度から分光情報を与えるよう構成された処理モジュールとを含む。

この様態は、次の特徴の内の１つ又は複数を含むことができる。

前記処理モジュールは、前記光導波路により前記管腔内壁から収集される光の前記検出強度を受け取るように構成されている。

前記装置は、前記プローブに沿って延伸する第2光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第2光導波路を更に含む。

前記処理モジュールは、前記第2光導波路により前記管腔内壁から収集される光の検出強度を受け取るように構成されている。

前記干渉計は、光コヒーレンス断層撮影法を行うことによって表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成されている。

前記干渉計は、光周波数領域反射測定法を行うことによって表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成されている。

別の様態では、本発明は、管腔内壁により画定される管腔内の不安定プラークを検出するための装置に関する。前記装置は、遠位部と近位部とを備えたプローブを含む。前記装置は、前記プローブに沿って延伸する第1光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第1光導波路を含む。前記装置は、前記プローブに沿って延伸する第2光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第2光導波路を含む。前記装置は、前記第2光導波路の一部に結合した第3光導波路を含む。

前記装置は、前記第1光導波路の前記遠位部に光学連通した光カプラであって、前記第1光導波路と前記管腔内壁との間で光放射を伝達するよう構成された光カプラを更に含む。

前記装置は、前記第2光導波路の前記遠位部に光学連通した光カプラであって、前記第2光導波路と前記管腔内壁との間で光放射を伝達するよう構成された光カプラを更に含む。

前記装置は、前記第1光導波路の一部に結合した第4光導波路を更に含む。

前記装置は、前記第3光導波路から光放射を前記第4光導波路へ可変光群遅延を与えつつ結合するよう構成された可変遅延カプラを更に含む。

前記可変遅延カプラは、光放射の光源のコヒーレンス長に対応した量で前記可変光群遅延を走査するように構成されている。

前記装置は、光放射を前記第2及び第3光導波路に結合するよう構成された光源を含む。

前記装置は、光放射を前記第1及び第4光導波路から受け取るよう構成された光学検出器を更に含む。

前記装置は、前記第3光導波路内で光放射が伝播する方向を、可変光群遅延を与えつつ反転するよう構成された可変遅延反射器を更に含む。

前記可変遅延反射器は、光放射の光源のコヒーレンス長に対応した量で前記可変光群遅延を走査するように構成されている。

前記装置は、光放射を前記第2及び第3光導波路に結合するよう構成された光源と、光放射を前記第2及び第3光導波路から受け取るよう構成された第1光学検出器とを更に含む。

前記装置は、光放射を前記第1光導波路から受け取るよう構成された第2光学検出器を更に含む。

前記光カプラは、前記管腔内壁に非外傷的に接触するよう構成された非外傷性光カプラでよい。

別の様態では、本発明は、管腔内壁により画定される管腔内の不安定プラークを検出するための方法に関する。前記方法は、プローブの遠位部を前記管腔に挿入する段階を含む。前記方法は、前記プローブに沿って延伸する光導波路に沿って光放射を管腔内壁に伝える段階を含む。前記方法は、前記管腔内壁の表面下撮像に関する干渉信号を与えるために、参照光放射を、前記管腔内壁から散乱すると共に前記光導波路を介して戻る光放射に結合させる段階を含む。前記方法は、分光情報を抽出するために、前記管腔内壁から収集される光の検出強度を処理する段階を含む。

本明細書では、「赤外」という語句は、赤外、近赤外、中間赤外、遠赤外、又は極端遠赤外を意味する。

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

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

プラークが破裂する脆弱性は、マクロファージの存在、局所的な温度上昇、及び薄い線維性被膜に覆われた脂質に富んだ貯留などの特徴の組合せを検出することで評価できる。検出様式によっては、これら特徴の何れか１つの検出にしか適さないものもある。

図1A及び1Dは、患者の動脈壁104内の不安定プラーク102を識別するための２つの検出様式を組み合わせる不安定プラーク検出システム(VPDS)の実施形態100A乃至100Dを示す。赤外線分光法を用いて脂質内容を検出する化学分析と、表面下撮像(例えば、光コヒーレンス断層撮影法(OCT)又は光周波数領域反射測定法(OFDR))を用いて被膜厚さを検出する形態計測分析とを組み合わせることによって、何れか一方の検出様式だけを用いた場合より潜在的に不安定なプラークの識別における選択性が向上する。

図1Aを参照すると、第1実施形態におけるVPDS 100Aは、患者の選択した動脈、例えば、冠状動脈に挿入すべきプローブ106を含む。第1光導波路108(例えば、光ファイバ)が、プローブ106の遠位端110と近位端112との間を延伸しており、動脈壁104の分光分析のため散乱光放射を収集する。更に、第2光導波路114が、プローブ106の遠位端110と近位端112との間を延伸しており、動脈壁104を表面下撮像するための干渉計の一部をなす。表面下撮像及び分光分析のための光放射は、第2光導波路114を介して動脈壁まで送出される。光送出及び収集ヘッド115は、第1及び第2光導波路の遠位端と光学連通した1つ又は複数の光カプラを含み、後に詳述するように、この光カプラで動脈壁から第1及び第2光導波路内へ光を結合する。

表面下撮像用の干渉計は、第2光導波路114からの光放射と、第3光導波路118からの光放射とを混合するビームスプリッター116を含む。この実施形態では、ビームスプリッター116は、50%のパワー分割率（原語:power splitting ratio）を備え、2つの入力ポートと2つの出力ポートとを持つ50/50融着型ファイバ2×2カプラである。或いは、様々な光ビーム分割及び再結合装置並びに技術のうち任意のものを使用してよい。第2光導波路114は、プローブ106内に延伸する一端と、ビームスプリッター116の光ファイバ出力ポートに結合した(例えば、融着接合又はバットカップリングした)他端とを備えた光ファイバを含む。第3光導波路118は、ビームスプリッター116の光ファイバ出力ポートに結合した一端と、可変遅延反射器120(例えば、並行移動可能ミラー、チルト可能格子、チューナブルファイバーループなど)に結合された他端を備えた光ファイバを含む。可変遅延反射器120は、光放射に可変光群遅延を与えつつ第3光導波路内で光放射が伝播する方向を逆にする。或いは、第2及び／又は第3光導波路の一方或いは両方は、ビームスプリッター116と一体形成された光ファイバを備えることもできる。

光源122は、光カプラ124を介して第2及び第3光導波路に結合する赤外線を発する。光カプラ124は、ビームスプリッター116の第1光ファイバ入力ポートと光学連通している。第1光学検出器126は、光カプラ128を介してビームスプリッター116の第2光ファイバ入力ポートと光学連通し、第2及び第3光導波路(114及び118)から光放射を受け取る。第2及び第3光導波路からの光放射線場が合わさって、第1光学検出器126において光強度の干渉縞を発生する。第2光学検出器130は、光カプラ132を介して第1光導波路108と光学連通している。

第1及び第2光学検出器は、それぞれ光強度を示す電気信号を処理モジュール134に与えることができる。処理モジュール134は、この信号をデジタルプロセッサが分析可能なデジタルデータに(アナログ・デジタル(「A/D」)変換器を用いて)変換する。

第1光学検出器126が発生する強度信号は、表面下撮像のために用いる。処理モジュール134は、この信号から動脈壁104に関する表面下撮像情報を抽出する。

第2光学検出器130が発生する強度信号は、分光分析のために用いる。処理モジュール134は、様々な方法でこの強度信号から分光情報を抽出する。例えば、処理モジュール134は、赤外分光法を実行するスペクトル分析器を含むことができる。

図1Bを参照すると、第2実施形態では、VPDS 100Bは、VPDS 100Aの第2及び第3光導波路(114及び118)を含むが、第1光導波路108は含まない。VPDS 100Bは、第2及び第3光導波路から結合された光放射を表面下撮像と分光分析との両方に用いる。

VPDS 100Aの第1実施形態及びVPDS 100Bの第2実施形態も、マイケルソン干渉計(MI)トポロジーを用いる。MIトポロジーでは、ビームスプリッター116が入射光を「測定アーム」と「参照アーム」に分割する。測定アーム内の光は計測対象（この例では動脈壁104）から散乱することで（例えば、振幅及び／又は位相が）変化する。参照アーム内の光は、群遅延(場合によっては経路長の変化によって可変遅延)を受ける。両方のアームからの光はビームスプリッター116内で再結合し、干渉信号を発生する。

第2実施形態では、反射器121は、第3光導波路118内の光に可変群遅延をもたらす可変遅延反射器でよい。この遅延光は、第2光導波路114を介して戻る光と組み合わせられる。この場合は、処理モジュール140は、第1光学検出器126により検出された信号の包絡線を用いて動脈壁104における構造要素の位置に関する情報を抽出する（すなわち、表面下撮像）。参照アームの群遅延は走査され、干渉信号は、限定的干渉光源(原語：limited-coherence
light source)(例えば広帯域光源)の干渉包絡線に従って計測対象の様々な深さからの情報を与える。更に、処理モジュール140は、特定の群遅延の中央に位置する信号のフーリエ変換(FT)を用いて、動脈壁104の特定の厚さにおける累積吸光度を得る（すなわち、分光情報）。

別法として、第2実施形態では、反射器121は固定反射器でよく、処理モジュール140は、例えば、光源122と、光カプラ128と、光学検出器126との組合せ特性に基づいて、表面下撮像情報及び分光情報を得ることができる。例えば、光カプラ128及び光学検出器126が、スペクトル分解された信号を走査波長の関数として生成できるように、光源122は、一定の波長範囲にわたって走査される狭帯域放射を放出する。或いは、光カプラ128及び「スペクトル感応性」光学検出器126が検出波長の関数としてスペクトル分解された信号を生成するように、光源122は、一定範囲の波長を含む広帯域放射を放出してもよい。このスペクトル分解信号は、プローブ106により照光された試料の累積吸光度という形で分光情報を含んでいる。

この試料の累積吸光度は、システムに反射器121を設けなくても測定できる。そのためには、光周波数領域反射測定法を行って、スペクトル分解信号から表面下撮像情報を得る。例えば、このスペクトル分解信号のフーリエ変換は、プローブ106により照光された試料内の構造要素の位置に関する情報を含んでいる。

VPDS 100Bによる既知試料の測定は基線測量として有用である（例えばシステム較正のために）。幾つかの場合では、基線試料は対象範囲に分光特徴が存在しない試料である。或いは、対象範囲に明確な分光特徴がある試料を用いてもよい。

図1Cを参照すると、第3実施形態では、VPDS 100Cは、表面下撮像のためにマッハツェンダー干渉計(MZI)トポロジーを用いる。VPDS
100Cは、それぞれプローブ106内に延伸する第1光導波路108及び第2光導波路114並びに第1ビームスプリッター152を介して第2光導波路114の一部に結合した第3光導波路118を含む。VPDS
100Cは、第2ビームスプリッター154を介して第1光導波路108の一部に結合した第4光導波路150も含む。第1及び第2ビームスプリッターそれぞれは、50%のパワー分割率を持ち、1つの入力ポート及び2つの出力ポート、又は2つの入力ポート及び1つの出力ポートとを備えた50/50融着型ファイバ1×2カプラである。

MZIトポロジーでは、ビームスプリッター152が、光源122からの入射光を2つの経路に分割する。「測定経路」内の光は第2光導波路114内を伝播し、計測対象（この例では動脈壁104）から散乱することで（例えば、振幅及び／又は位相に関して）変化する。散乱光は、光送出及び収集ヘッド115(図1A)を介して第1光導波路108内に収集される。「参照経路」内の光は第3光導波路118内を可変遅延カプラ156に向かって伝播し、カプラ156は、この光を第4光導波路150に結合する前にこの光に可変群遅延を与える。

第1光導波路108内の測定経路からの光と第4光導波路150内の参照経路からの光は、第2ビームスプリッター154内で再結合して光学検出器126において干渉信号を発生する。MIトポロジの場合と同様に、参照経路の群遅延は走査され、干渉信号は、限定的干渉光源の干渉包絡線に従って計測対象の様々な深さからの情報を与える。VPDS
100Bの場合と同様に、処理モジュール140は、例えば、光源122と、光カプラ128と、光学検出器126との組合せ特性に基づいて、表面下撮像情報及び分光情報を得ることができる。

図1Dを参照すると、第4実施形態では、VPDS 100Dは、第1実施形態のVPDS 100Aと同様に分光分析用に第5光導波路160と、光カプラ162と、光学検出器164とを含み、第3実施形態のVPDS 100Cと同様に表面下撮像用にはMIトポロジを用いる。これら4つの実施形態の組合せ及び変形例を含む他の実施形態も可能である。

図１Aを再び参照すると、動作時には、プローブ106を、血管、典型的には動脈に案内ワイヤ(図示しない)を用いて挿入する。VPDS 100Aの使用にあっては、プローブ106に結合したモータ170を駆動する。モータ170は、プローブ106を毎秒約1回転と毎秒400回転との間の速度で回転させる。すると光送出及び収集ヘッド115は、動脈壁104の内周に沿って経路を描く。一実施例では、プローブ106を非連続的なステップで挿入し、ステップ毎にプローブを完全に一回転させる。この場合、分光及び表面下撮像データを非連続的な円形路に沿って収集できる。別法では、プローブ106を連続的に挿入し、この場合は軸方向移動と回転が同時進行する。この場合、分光及び表面下撮像データは連続的な螺旋路に沿って収集される。

光送出及び収集ヘッド115は、回転しながら、光源122によって光導波路の何れかに伝達された光を走査域172まで差し向ける。同時に、光送出及び収集ヘッド115が走査域172から再出現する光を収集し、上述したように、分光分析及び表面下撮像のため光を受け取るよう構成されたプローブ内の各光導波路内に差し向ける。可変遅延反射器120又は可変遅延カプラ156は、光源122のコヒーレンス長に対応した量で可変光群遅延を走査するように構成されている。

収集した分光データを用いて動脈壁104の3次元的スペクトルマップを生成でき、収集した表面下撮像データを用いて、動脈壁104の3次元の形態学的マップを生成できる。所与の時刻に収集された分光データ及び表面下撮像データは、動脈の同一又は類似領域に対応するので、スペクトルマップ及び形態学的マップを容易に相互整合して特定のスペクトル特徴と形態学的特徴とを付き合わせることができる。プローブ106が動脈を通過する時に、分光データ及び表面下撮像データの両方を実時間で使用して、不安定プラークを診断したり、これら２つの検出様式により識別可能な特性を持つ他の病変を識別したりできる。プローブ106は、赤外分光法及び表面下撮像診断法という診断様式に加え、随意選択で、他の診断又は治療様式を実行するための構造体を含むこともできる。

光送出及び収集ヘッド115(図1A)は、プローブ106の遠位端110で、1つ又は複数の光導波路の遠位端と光学連通した1つ又は複数の光カプラを含む。例えば、表面下撮像用の光放射が同一の光導波路から送出され且つその内部へ収集される実施形態では(例えば、VPDS
100A及びVPDS 100B)、プローブ106は送出及び収集用の光導波路を1つのみ含むことができ、この同一光導波路を用いて分光分析及び表面下撮像用の光放射を収集する。こうした実施形態は、別法として、分光分析及び表面下撮像用の光放射を別々に収集するため複数の光導波路を含むこともできる。表面下撮像用の光放射が1つの光導波路から送出され別の光導波路内に収集される実施形態では(例えば、VPDS
100C及びVPDS 100D)、プローブ106は少なくとも2つの光導波路を含む。

光送出及び収集ヘッド115は、光放射を光導波路と動脈壁との間で伝達するための様々な技術のうちの何れかを使用すればよい。幾つかの実施形態では、光送出及び収集ヘッド115は、動脈壁に非外傷的に接触するよう構成された非外傷性光カプラを含んでいる。こうした非外傷性光カプラは、後述するように光を血液などの介在媒体を通過させることなく直接結合できる。

図2及び3に示した第１実施形態では、プローブ216の遠位端に位置する非外傷性光カプラ224が、動脈壁214の接触域226上に静止する。図2に示したように配置すると、非外傷性光カプラ224は、ファイバ218を軸方向に伝わる光を接触域226に差し向ける。非外傷性光カプラ224から出た光は、動脈壁214を通過し、動脈壁214の裏側にある構造体228を照らす。これら構造体228は、光の一部を散乱させ接触域226に返す。すると、この光の一部は接触域26から動脈壁214を介して再出現する。外傷性光カプラ224はこの再出現した光を収集し、ファイバ218内に差し向ける。

図3に示したように、剛性チューブ238がプローブ216の近位部に沿ってファイバ218を包囲しており、プローブ216を動脈内に沿って押し進めることが可能となる。コイルワイヤ244が、プローブ216の中央部及び遠位部に沿って可撓性コイルワイヤ・ジャケット246となるように巻き上げてあり、ファイバ218を包囲している。

コイルワイヤ244の直径は中央部沿いでは一定である。コイルワイヤ244の直径は、プローブ216の遠位部に沿って徐々に小さくなる。結果的に、プローブ216の遠位部は、その中央部よりも可撓性が高くなる。このように可撓性を高めたことで、遠位部は、動脈壁214に不要な力を掛けることなく動脈壁214の形状に沿って進むことが可能となる。

非外傷性光カプラ224を製作するには、図4A、4B、及び4Eに示したようにレンズ集成体をファイバ218の遠位先端に取り付けるか、図4F乃至4Gに示したように曲線状のガラス先端部を角度付けしたファイバに取り付ければよい。別法では、図4C乃至Dに示したように、遠位先端の角張った縁部を滑らかにすることにより、非外傷性光カプラ224をファイバ218と一体形成できる。

いずれの場合も、非外傷性光カプラ224は、図4Aに示したように球面レンズか、図4Bに示したように半球形レンズを含むことができる。外傷性光カプラ224は、図4Eに示したように複数のレンズ要素を含むこともできる。

或いは、非外傷性光カプラ224はファイバ218と一体形成してもよい。例えば、ファイバ218の遠位先端は、図4Dに示したように、曲線状の縁部を含むと共にファイバ断面の平面に対して角度付けして配向した平面に形成したり、図4Cに示したように半球形に形成したりできる。

図5A乃至Cに示した第２実施形態では、プローブハウジング259が、套管260内をその長手軸に平行で、その軸から半径方向に変位して延伸している。プローブ216は展開準備ができるまでプローブハウジング259内に保持される。套管260の長手軸に沿って案内ワイヤハウジング261が延伸しており、このハウジング261は、その内部を案内ワイヤ263が延伸する案内ワイヤ内腔を形成している。

プローブ216は、上述の不安定プラーク検出システム100A又は100Dと同様に1つ又は複数の光導波路を含む。単一の光導波路を用いて分光分析と表面下撮像のための集光を行う実施形態(例えば、VPDS
100B及びVPDS 100C)では、ガラス又はプラスチック製の光ファイバを散乱光の収集のために使用できる。分光分析のための集光には別の光導波路を用いる実施形態(例えば、VPDS
100A及びVPDS 100D)では、分光分析用のこの光導波路は、ガラス又はプラスチック製の光ファイバ或いはそうしたファイバの束を使用できる。一実施形態では、このプローブは、それぞれが直径0.005ミリメートルの25本の光ファイバ束を含む。これらファイバは、露出したままでも、生体適合性材料層及び／又はポリテトラフルオロエチレン（「PTFE」）などの潤滑性層で被覆しても、コイルワイヤ・ジャケットで包囲してもよい。ファイバ上に設けるこのオプションの被覆又はジャケットは、丸みをつけることであらゆる方向に屈曲可能とするか、望ましくない方向への屈曲を防止するため平坦としてもよい。

分光分析のための集光には別の光導波路を用いる実施形態(例えば、VPDS 100A及びVPDS 100D)では、分光分析用のこの光導波路は、上述以外にダブルクラッドファイバの環状導波路を使用してもよい。この種の導波路及び対応する光送出及び収集ヘッド115は米国特許第10/218,939号(公開番号2004/0034290)に詳細に記載されており、その内容はここに引用して援用する。

光ファイバ218の遠位先端は、上述した非外傷性光カプラ224のうち何れかで蓋をされている。套管260の遠位端が接触域226からやや近位側に達したとき、プローブ216の遠位先端が套管260の遠位端部を越えて延伸するように、プローブ216を遠位方向に押す。別法として、プローブ216を静止させたままで、套管260を後退させてプローブ216を露出させてもよい。

プローブ216はプリフォームされているので、その自然な曲がりにより套管260の軸から離れる方向に外側へ付勢されている。結果として、プローブ216がそのハウジング259外部へ、套管260の遠位端を越えて延伸すると、上述の自然な曲がりにより、ファイバ218の非外傷性光カプラ224が套管260から遠位側の動脈壁214に接触する。すると、図5A乃至Cに示したように、プローブ216を回転させて、非外傷性光カプラ224が、動脈壁214の内周に沿って円形の接触経路を描くようにする。

プローブ216をプリフォームするための様々な方法が知られている。例えば、プローブ216を所望の形状にしたまま加熱する方法がある。或いは、プローブ216内のファイバに被覆を施して、ファイバを所望の形状にしたままで硬化させてもよい。

図5D乃至Fに示した第3実施形態では、套管260は近位部288と、周方向ギャップ292により近位部８８から分離した遠位部290とを備えている。案内壁294は、切頭端部から基部まで遠位方向に伸びる円錐台を形成している。又、この切頭端部は案内ワイヤハウジング259に接続しており、基部は套管260の遠位部290と接続している。従って、案内壁294により、套管260の近位及び遠位部288及び290の互いに対する位置が一定に維持され、周方向ギャップ292が套管260を完全に周回できるようになる。

実際の使用では、プローブ216を案内壁294に向かって遠位方向に延伸させると、案内壁294がプローブ216を周方向ギャップ262の外部に案内する。第2実施形態（図5A乃至C）の場合と同様に、プローブ216の自然な曲がりが非外傷性先端224を付勢し、動脈壁214に接触させる。プローブの非外傷性先端224が動脈壁214に接触すると、図5D乃至Fに示したように、非外傷性先端224が動脈壁214上に円周方向の接触経路を描くよう、プローブ216を回転させる。

図6A乃至Cに示した第4実施形態では、図5D乃至Fに関連して上述したタイプのプローブ216複数本が、套管260内に同時に挿通されている。オプションのスペーサリング264が、プローブ262の遠位部における１つ又は複数地点でプローブ262に取り付けられている。スペーサリング264はシリコンウェブ、プラスチック、ニチノール、又は任意の他の生体適合性材料でよい。

スペーサリング264は、展開した状態で、套管260の長手軸に垂直な平面内に位置するように配向される。従って、スペーサリング264は、動脈壁214の走査時に複数プローブ216の相対位置を維持する。図6A乃至6Cに示したような多プローブを用いた実施形態では、動脈壁214の内周の大部分を検査するのにプローブ216を回転させる必要がない。

図6D乃至Fに示した第5実施形態では、套管260は、第3実施形態（図5D乃至F）に関連して説明したものと同一である。この第5実施形態と第3実施形態（図5A乃至5F）との差は、第3実施形態では、単一のプローブ216が周方向ギャップ292に沿って延伸しているが、この第5実施形態では、互いから周方向にずらして配置した幾つかのプローブ216が周方向ギャップ292に沿って延伸していることである。結果として、第3実施形態では、動脈壁214の円周全てを検査するにはプローブ216を回転する必要があるが、第5実施形態では、プローブ216を全く回転させなくても動脈壁214の円周全てを検査できる。

第6実施形態では、套管260は、図7Aに示したようにテーパ状の遠位端268を備えるか、図7Bに示したようにフレア状の遠位端270を備える。套管260の内壁に形成されたチャンネル272には、その遠位端の開口部276の近傍に屈曲274が形成されている。開口部276は、その法線ベクトルが半径方向成分及び長手方向成分を含む表面を画定する。

図7A乃至7Bの実施形態を使用するユーザが、プローブ216をチャンネル272内に挿通すると、チャンネル272がプローブ１６を開口部272に向かって案内する。プローブ216がチャンネル272を出ると、その非外傷性光カプラ224が動脈壁214に接触するまで上述の法線ベクトルの方向に進む。この場合、プローブ216は好適な形状を備えるようにプリフォームする必要がないが、それはチャンネル272がプローブ216を動脈壁214に達する正しい方向に案内するからである。

図8A乃至Bに示した第7実施形態では、複数のプローブ216が套管260に挿通されている。プローブ216の遠位端は、ハブ278の周方向に分散配置された固定点に取り付けられている。ハブ278は操作ワイヤ280に連結されており、このワイヤ280によってハブ７８は、套管260の長手軸に沿って移動し、プローブ216を展開したり（図8A）、プローブ216を引き込んだりできる（図8B）。しかし、他の実施形態では、ハブ278は静止させたままで、套管260を遠位及び近位方向に移動させてプローブ216を展開又は回収する。

プローブ216は、図8Aに示したように外側へ弓形に曲がるようプリフォームされていて、ハブ278と套管260との中間点において動脈壁214に接触する。図6A乃至Cに関連して説明したものに類似のオプションのスペーサリング264が、プローブ216の遠位部に沿った1つ又は複数地点でプローブ216に取り付けられており、それらの相対位置を維持する。この第7実施形態では、非外傷性光カプラ224は、その中間点に位置した横窓282を含む。横窓282は半径方向外側を向いていて、プローブ216を完全に展開すると、横窓282が動脈壁214と非外傷的に接触する。

プローブ216の側部に沿って配置する非外傷性光カプラ224は、プリズム又はミラーのような直角反射器284を含み、図9Bに示したようにファイバ218と横窓282との間で光学連通して配置されている。別法としては、図9Aに示したように、空気ギャップ286が、角度を付けて研磨したファイバ218の先端と横窓282との間に光学的に連通して配置されている。

図9C乃至9Dは、プローブ216の側部に沿って配置するための非外傷性光カプラ224の追加例を示す。これらの例では、横窓282は、ファイバのクラッドの一部を光の通過を許容する程度に薄くすることより形成されている。横窓282は図9Cに示したように露出したままとしてもよいし、図9Dに示したように、回折格子285を横窓282と光学連通するように設けて、ビームの方向を更に制御してもよい。

ハブ278及び套管260を図8Bに示したように互いに引き寄せると、これらを対象位置まで容易に案内できる。一旦、ハブ278及び套管260が対象位置に達すると、ユーザはハブ278を前進させるか套管260を引き込ませる。いずれの場合も、プローブ216は図8Aに示したように套管260内部から解放される。プローブ216は、套管の内壁により加えられる半径方向の規制力から解放されると、図8Bに示したように自然な形状となって外側へ弓形に曲がり、それぞれの横窓282が動脈壁214と非外傷的に接触する。外傷性光カプラ224は、横窓282を介して光源250からの光を案内する。同時に、非外傷性光カプラ224は、動脈壁214から再出現する光を横窓282から回収し、ファイバ218内に伝達すると、ファイバ218がその光を光検出器に案内する。

動脈壁214の検査が終了した時点で、ハブ278と套管260を図8Bに示したように互いに近づけると、プローブ216は套管260内に再び収容される。

図8C乃至Dに示した第8実施形態では、套管260は近位部288と、周方向ギャップ292により分離した遠位部290とを備えている（第3実施形態（図5D乃至F）及び第5実施形態（図6D乃至F）に関連して説明したとおり）。プローブ216の遠位先端が動脈壁214と非外傷的に接触する第3及び第5実施形態と異なり、第8実施形態では、プローブ216の遠位先端は、套管260の遠位部290でハブ278に取り付けられている。第７実施形態のプローブ216と同様に、第8実施形態のプローブ216は、動脈壁214と非外傷的に接触するよう中間点に横窓82を備えている。プローブ216に選択的に張力を掛けるために、アクチュエータ（図示しない）が機械的に結合されている。プローブ216に張力が掛けられると、図8Dに示したように、プローブ216は套管260の遠位部290に当接して横たわる。プローブ216を弛緩させると、中間部にある横窓282が動脈壁214に非外傷的に接触するほど、半径方向外側へ遠位部290から離れる方向に跳ね上がる。

使用に際して、プローブ216に張力を掛けた状態で、套管260を対象領域まで案内する。従って、プローブ216は図8Bに示したように套管260に当接するよう引っ張られている。一旦対象とする領域に達すると、張力を緩め、プローブ216が図8Aに示したように半径方向外側に跳ね上がり、横窓282が動脈壁214と非外傷的に接触する。データ収集作業の後、プローブ216に再び張力を掛け、図8Bに示したように套管260に当接するように引っ張る。

第7及び第8実施形態では、プローブ216は出口点において套管260から出て、固定点においてハブ278に再取付されている。套管260の軸を中心とする円柱座標系では、出口点と固定点とは異なる軸方向の座標を備えるが、同一の角座標を持つ。しかし、図8E及び8Fに図示したように、こうである必要はない。

図8Eは、套管260が複数の出口孔296と同数の進入孔298を備える、第9実施形態を図示する。各プローブ216は出口孔296を介して套管260から出て、出口孔から半径方向にずれた対応する進入孔296を介して套管260に再び入る。これにより図8Eに示した螺旋状の配置となる。この周方向ずれの程度が螺旋のピッチを決定する。

プローブ216の遠位端は、套管260内部でハブ278（図示しない）に取り付けられている。各プローブ216は、出口孔と対応する進入孔との間に横窓282を備える。套管260内部の操作ワイヤ280(図示しない)が、図示したようにプローブ216を展開したり、套管260の外部に当接するように引き込んだりする。案内ワイヤ263が套管260を通り、その遠位先端から出ることにより、套管260を対象領域まで案内できる。

図8Fは、套管260が遠位部288及び近位部290を備える第10実施形態を図示する。套管260の近位部及び遠位部が、露出部302を備えた中央シャフト300を取り囲んでいる。プローブ216は、シャフトと套管260との間のギャップに軸方向に延伸している。プローブ216の遠位端は、シャフト300に取り付けられたハブ278上の、周方向に変位した固定点に固定されている。この周方向のずれにより、プローブ216が図8Fに示した螺旋状に形成される。この周方向ずれの程度が螺旋のピッチを決定する。

アクチュエータ（図示しない）が、プローブ216に選択的に張力を掛ける。張力が掛けられると、プローブ216は中央シャフト300の露出部302に対して後退する。プローブ216を弛緩させると図8Fに示した形状を呈する。すなわち、プローブ216が中央シャフト300の露出部302から半径方向外側へ跳ね上がり、横窓282が動脈壁214に非外傷的に接触する。

ここまでで説明した実施形態では、プローブ216と套管260は別々の構造体であった。しかし、プローブ216は套管260内に一体化したり、その他の様態で埋設したりしてもよい。この場合は、套管260の幾つかの部分が、動脈壁214に接触するよう半径方向外側に拡張する。

図8G及び8Hは、それぞれ展開状態及び引き込み状態にある第11実施形態を示す。第11実施形態は、内部シャフト300を囲む套管260の壁部に切り込み形成されたスロット304を含む。一対の隣接するスロット304が、套管260のプローブ部216を画定している。図8Gに示したように、套管260の遠位先端が近位方向に引っ張られると、プローブ部216は外側に屈曲する。図8Hに示したように、套管260の遠位先端が伸展すると、プローブ部216はシャフト300上に平坦に横たわる。

各プローブ部216は、展開した状態で、動脈壁214と非外傷的に接触する横窓282を備えている。横窓282は、非外傷性光カプラ224と光学的に連通している。套管260の壁部内に埋設された光ファイバが、非外傷性光カプラ224と光をやりとりする光学通路を形成する。

図8I及び8Jは、展開状態及び引き込み状態にある第12実施形態を示す。第12実施形態は、内部シャフト300を囲む套管260の壁部に切り込み形成されたスロット304を含む。第11実施形態のスロット304と異なり、第12実施形態のスロット304は、套管の遠位先端まで完全に延伸している。一対の隣接するスロット304が、套管260のプローブ部216を画定している。

図8Kの断面図に示したように、套管260は、喉部310を形成する半径方向の内側突起306を含む。シャフト100は、喉部310の遠位側に球根状部312と、喉部310を介して近位側に延伸して球根状部312に結合した直線部314とを含む。図8Iに示したように、プローブ部216は、シャフト300の球根状部312に当接するように付勢されている。シャフト300が近位方向に引っ張られると、球根状部312が突起306に押しつけられる。図8Jに示したように、これがプローブ部216を半径方向外側に旋回させる。

各プローブ部216は、展開状態にあるときに、動脈壁214と非外傷的に接触する非外傷性光カプラ224をその遠位先端に備えている。套管260の壁部内に埋設された光ファイバが、非外傷性光カプラ224と光をやりとりする光学通路を形成する。

光送出及び収集ヘッド115は、光放射を光導波路と動脈壁との間で伝達するための様々な技術のうちの何れかを使用すればよい。幾つかの実施形態では、光送出及び収集ヘッド115は、1つ又は複数のビーム方向転換器を含んでいる。

図10は、収集ファイバ320及び送出ファイバ318を取り付ける光学台348を示す。この光学台348は、ハウジング354の遠位端の第1側壁352Aと第2側壁352Bとの間の凹部350の中に収容されている。次いでハウジング354は、トルク・ケーブル328の遠位端に結合されている。この凹部350は、収集ファイバ320及び送出ファイバ318を互いに隣接して寄り添わせるのにちょうどよい幅を備えている。第1側壁352Aと第2側壁352Bとの間に延在し、且つ凹部350を横切って延びる床356は、送出ファイバ318と収集ファイバ320との両方を支持する。

光学台348の一部が、送出ファイバ318の端部に隣接したその遠位端側に切頭体358を形成している。この切頭体358は、光学台48を横切って中途までしか横断方向に達せず、それによって収集ファイバ320は、送出ファイバ318の端部を越えて遠位方向に延伸できる。

切頭台358は、送出ファイバ318の遠位端に面する傾斜面と、光学台348の遠位端に面する垂直面とを有する。この傾斜面は、床356に対して135度の角度を成す。しかし、送出ファイバ318からの光を向けるべき方向に応じて、その他の角度も選択可能である。傾斜面を被覆する反射材料がビーム方向転換器となるが、この場合は、これは送出ミラー360である。光が送出ファイバ318から軸方向に出ると、送出ミラー360はその光を遮って、それを半径方向外側へ動脈壁214に向けて方向転換する。他のビーム方向転換器の例には、プリズム、レンズ、回折格子、及びその組合せが含まれる。

収集ファイバ320は、送出ファイバ318の端部を越えて延伸し、切頭台358の垂直面と同一平面上にある平面において終端となる。光学台348の一部が、収集ファイバ320の遠位端を僅かに越えたところに、光学台348を横断方向に交差して延び、且つ床356に対して135度より大きい角度を成す傾斜面を形成する。この傾斜面を被覆する反射材料が収集ミラー382を形成する。

送出ファイバ・ストップ386が切頭台358の近位で光学台348に成形されているので、送出ミラー360に近位の所望箇所に送出ファイバ318を容易に配置できる。同様に、収集ミラー382のすぐ近位で、光学台348に成形した収集ファイバ・ストップ388によって、収集ミラー382に近位の所望箇所に収集ファイバ320を容易に配置できる。

ビーム方向転換器は、米国特許第6,654,630号及び米国特許第6,701,181号で十分に記載された技術の任意組合せをはじめ他の種類のものの使用も可能である。また、これら米国特許はその内容をここに引用して援用する。
他の実施形態

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

（A乃至D）不安定プラークを識別するための不安定プラーク検出システムを示す実施形態の概略図である。動脈壁に接触したプローブの概略図である。図2のプローブの断面図である。（A乃至G）光ファイバ用の代表的な非外傷性光カプラである。（A乃至F）単一プローブ分光器の概略図である。（A乃至F）多プローブ分光器の概略図である。（A）テーパ状の遠位端を備えた套管から出たプローブの概略図である。（B）フレア状の遠位端を備えた套管から出たプローブの概略図である。（A乃至F）非外傷性光カプラがプローブの側部に沿って設けられた多プローブ分光器の概略図である。（G乃至K）プローブが套管と一体化されている分光器の概略図である。（A乃至G）図8A乃至Hに示したプローブ用の代表的な非外傷性光カプラである。光送出及び収集ヘッドの光学台を示す図である。

Claims

管腔内壁によって画定される管腔内の不安定プラークを検出するための装置であって、
遠位部と近位部とを備えたプローブと、
前記プローブに沿って延伸する光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた光導波路と、
前記光導波路に結合されると共に前記管腔内壁の表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成された干渉計と、
前記管腔内壁から収集される光の検出強度から分光情報を与えるよう構成された処理モジュールとを含む、装置。
前記処理モジュールは、前記光導波路により前記管腔内壁から収集される光の前記検出強度を受け取るように構成されている、請求項1に記載の装置。
前記プローブに沿って延伸する第2光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第2光導波路を更に含む、請求項1に記載の装置。
前記処理モジュールは、前記第2光導波路により前記管腔内壁から収集される光の前記検出強度を受け取るように構成されている、請求項3に記載の装置。
前記干渉計は、光コヒーレンス断層撮影法を行うことによって表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成されている、請求項1に記載の装置。
前記干渉計は、光周波数領域反射測定法を行うことによって表面下撮像に関する干渉信号を与えるよう構成されている、請求項1に記載の装置。
管腔内壁によって画定される管腔内の不安定プラークを検出するための装置であって、
遠位部と近位部とを備えたプローブと、
前記プローブに沿って延伸する第1光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第1光導波路と、
前記プローブに沿って延伸する第2光導波路であって、前記遠位部と前記近位部との間で光放射を伝達するよう構成され、前記管腔内壁と連通する遠位端を備えた第2光導波路と、
前記第2光導波路の一部に結合した第3光導波路とを含む、装置。
前記第1光導波路の前記遠位部に光学連通した光カプラであって、前記第1光導波路と前記管腔内壁との間で光放射を伝達するよう構成された光カプラを更に含む、請求項7に記載の装置。
前記第2光導波路の前記遠位部に光学連通した光カプラであって、前記第2光導波路と前記管腔内壁との間で光放射を伝達するよう構成された光カプラを更に含む、請求項7に記載の装置。
前記第1光導波路の一部に結合した第4光導波路を更に含む、請求項7に記載の装置。
前記第3光導波路から光放射を前記第4光導波路へ可変光群遅延を与えつつ結合するよう構成された可変遅延カプラを更に含む、請求項10に記載の装置。
前記可変遅延カプラは、光放射の光源のコヒーレンス長に対応した量で前記可変光群遅延を走査するように構成されている、請求項11に記載の装置。
光放射を前記第2及び第3光導波路に結合するよう構成された光源を更に含む、請求項10に記載の装置。
光放射を前記第１及び第4光導波路から受け取るよう構成された光学検出器を更に含む、請求項10に記載の装置。
前記第3光導波路内で光放射が伝播する方向を、可変光群遅延を与えつつ反転するよう構成された可変遅延反射器を更に含む、請求項7に記載の装置。
前記可変遅延反射器は、光放射の光源のコヒーレンス長に対応した量で前記可変光群遅延を走査するように構成されている、請求項15に記載の装置。
光放射を前記第2及び第3光導波路に結合するよう構成された光源と、
光放射を前記第2及び第3光導波路から受け取るよう構成された第1光学検出器とを更に含む、請求項7に記載の装置。
光放射を前記第１光導波路から受け取るよう構成された第2光学検出器を更に含む、請求項17に記載の装置。
前記光カプラは、前記管腔内壁に非外傷的に接触するよう構成された非外傷性光カプラを含む、請求項8に記載の装置。
管腔内壁によって画定される管腔内の不安定プラークを検出するための方法であって、
プローブの遠位部を前記管腔に挿入する段階と、
前記プローブに沿って延伸する光導波路に沿って光放射を管腔内壁に伝える段階と、
前記管腔内壁の表面下撮像に関する干渉信号を与えるために、参照光放射を、前記管腔内壁から散乱すると共に前記光導波路を介して戻る光放射に結合させる段階と、
分光情報を抽出するために、前記管腔内壁から収集される光の検出強度を処理する段階とを含む、方法。