JP6724131B2 - 光学センシングを備えたカテーテル - Google Patents

Description

本発明は、例えば通路を測定するための光学センシングを備えるカテーテルに関する。

カテーテルのカメラは例えば、放射状イメージングシステムを有し、このシステムにおいて、反射コーンは、（主に）放射状内向きの受信した光を、軸方向に位置合わせされたカメラにより収集するために、本質的に軸方向に向きを変える。受信した光は本来、構造化される光のパターン（例えばリングパターン）をカテーテルが位置する空洞の内壁に投影する発光システムにより生成される。処理器は、例えばカメラからの画像に基づく三角測量により、カテーテルが置かれる通路の断面を計算する。このようなカテーテルのカメラの使用の一例は、閉塞性睡眠時無呼吸の原因を決定するための上気道の解析のためである。

閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）は、１０人に１人の大人が該当する最も一般的な種類の睡眠時無呼吸であり、睡眠中における呼吸の休止又は浅呼吸或いは低頻度の呼吸の事例の発生により特徴付けられる。しばしば睡眠中の筋緊張の喪失が原因により、ＯＳＡは口腔又は上気道の閉鎖又は閉塞により引き起こされる。ＯＳＡの発生はしばしば、加齢、肥満又は薬物若しくはアルコールの乱用の発症と相関している。

治療の範囲は、ＯＳＡの治療のために存在し、その治療の最も一般的なものは、気道陽圧（ＰＡＰ）であり、この治療において、気道を開いたまま維持するために、気道を通る空気流を上昇した圧力で送出するためのベンチレータが使用される。患者が無呼吸−低呼吸指数（ＡＨＩ）＞３０を示す、より重症な場合にＰＡＰが必要とされる。ＯＳＡの患者は、日中の眠気でも苦しみ、長期にわたり共存疾患の発生を防ぐために治療を必要としている。軽度から中程度のＯＳＡ患者はしばしば、病気の苦しみが重症な患者ほど激しくないので、ＰＡＰ治療に準拠するのがより難しく、故に患者は、治療にしぶしぶ従う。これらの事例において、様々な代替の治療、例えばポジション療法(positional therapy)、下顎前方固定法(口腔内装置)、上気道手術及び埋め込み型装置が存在する。

しかしながら、これらの治療の各々において、治療が最も効率的に施され得るように、特に上気道のどの部分が閉塞を生じているかを理解することが重要である。これは、自然な睡眠中に好ましくは上気道の動的検査への関心を説明している。１つの手法は、音響反射率測定技術を用いて非侵襲的に気道の検査を行うことである。そのような技術において、音響波は、エミッタにより口又は鼻を介して患者の気道に沿って伝搬され、前記エミッタに隣接するマイクを使用して反射が聞かれる。検出される反射のアルゴリズム解析を通じて（例えばHoffstein, V.及びJ. J. Fredberg著、"The acoustic reflection technique for non-invasive assessment of upper airway area", European Respiratory Journal 4.5(1991):602-611）参照）、エミッタからの距離の関数として検査される気道の断面領域の推定値を決定することが可能である。このことから特定の場所における気道の狭窄が特定され、故に、気道の閉塞の特定位置が突き止められる。

しかしながら、反射測定技術は、断面領域の推定値の精度がエミッタからの距離と共に減少するという欠点がある。これは、測定処理中の音漏れ(acoustic leakage)及び患者の運動でも悪化され、これら両方はさらに、得られた結果の精度を損なうように作用する。その上、気道に沿って伝搬する波が遭遇する第１の閉塞は、波の最初の強度の大部分の反射を生じさせるので、気道の後続する部分からの反射は一般に強度が弱すぎるので如何なる正確な測定値も導出することができない。故に、これらの技術を用いて大部分の上気道の閉塞の場所を正確に決定することだけが一般に可能である。最後に、ノイズ、大きさ及び必要とされる音響シールは、前記技術が自然の睡眠中の患者の検査を実現不可能にさせる。

内視鏡による手続き、特に、人間の上気道の開存性を検査する又は調査するための手続きを代わりに使用することが知られている。気道の検査のために標準的な柔軟性のある内視鏡を使用する場合、一時的な閉塞が起こっているかを見るために、しばらくの間、上気道の特定の部位が検査される。しかしながら、これは、患者が眠っている間の検査中に、内視鏡があるスポットから他のスポットへ移動する必要があり、これは患者と医師との両方にとって時間がかかることであり、不便である。この理由により、自然な睡眠中の内視鏡検査は、一般的な方法の一部とはならない。幾つかの国では標準的な治療となっている薬物睡眠下内視鏡検査（ＤＩＳＥ）と呼ばれる別バージョンは、鎮静剤を用いて患者を人為的に眠らせることを含む。これは、実際の睡眠時無呼吸及び呼吸低下においても関与する部位での崩落を引き起こすと信じられている。さらに、鎮静作用は、内視鏡の移動による不快を軽減する。しかしながら、鎮静状態での崩落と自然な睡眠での崩落との関連は、不明瞭なままであり、鎮静の深さに強く依存しているため、並びに一般に鎮静に関わるコスト及び危険性を理由に、ＤＩＳＥの受け入れは限られたままである。

幾つかの不連続な臨床的部位において上気道を検査するために、複数のセンサを備えるカテーテルを使用することも可能であり、一旦カテーテルが挿入されると、患者に追加の不快を与えることなく、長期間同じ位置にいることができる。

イメージセンサは、放射状の距離の測定値を得るのに使用されることができ、例えばイメージセンサが気道の内側に構造化された照明パターン（例えばリング）を投影する照明要素と組み合わされる場合、このリングの画像に関する取り込まれるイメージセンサの情報は、（例えば三角測量により）距離情報を導出するために解析され、これにより気道の内部形状が導出されることを可能にする。

例えば、内視鏡又はカテーテルは、管状の気道内に挿入されるとき、気道の断面の輪郭がカメラによる視察のために照明されるような、外側に向けられる光のリング（又は放射面）を作ることが可能である１つ以上の発光手段を持つ。

そのような光のパターンを供給する１つの既知の手段は、光ファイバからの視準されたレーザー光を偏向コーンに向けることであり、その角度は、コーンの表面からその周りの全方向において入射光を放射状に、例えば９０°に偏向させることである。効果は、前記コーンから外側に投影される"リング"の光のパターンを作ることであり、これは気道の円周部を照明するのに使用される。特に、この概念からなる２つの変形例が存在している。第１に、コーンは、反射性の外面を持ち、光がその面から直接反射されるように、その先端が接近する光(oncoming light)に向いて配される。第２に、前記コーンは、そのベース部が接近する光に向いて配され、ピッチは、前記コーンの内壁において光ファイバからの入射光が全反射により反対側の壁の方向へ反射されるように配され、光はその反対側の壁を伝達し、屈折により、最初の入射光に対し９０°である経路内に入るように偏向する。

反射した光は次いでカメラにより取り込まれる。これは、視野内に検査される内壁があるようにカメラを位置決めることにより達成される、或いは反射した光を軸方向に位置合わせされたカメラにより取り込むために、略軸方向に方向を変えるためのもう１つの反射コーンが使用されてもよい。

気道に沿った一連の離間した地点において、複数の光のリングのパターンを作ることが可能である。これは例えば、カテーテルに沿って複数の照明ユニットを設けることにより達成されることができ、これらユニットは各々、それ自身のレーザー、光ファイバ（任意で、ＧＲＩＮレンズ）及びコーンを備える。

カテーテルが配置されるとき、重力、カテーテルの材料の剛性及び気道の形状は通常、気道の異なる深さにおいて、カテーテルを気道の前壁又は後壁にくっつけさせる。

このカテーテルの位置は、センサと最も近い気道の壁部との間の距離を最小にするが、反対側の気道の壁との距離を最大にする。これは通例、問題となり、特に光強度及びセンサ範囲に関する問題となる。

センサに跳ね返ってくる光強度は、距離の３乗を持つ逆関数として概ね気道までの距離と共に減少する。これは、リング状の光のパターンの強度は（その強度がリングの円周と比例して減少するので）距離に反比例する一方、気道の壁部から後方散乱した光は、距離の２乗の逆数に比例する距離依存性となる、（概ねランベルトの余弦法則に従い）全方向に拡散して散乱されるからである。センサと気道の壁部との間における小さな距離に対しては、光強度は非常に高く、リングの位置をぼやけさせる焦点ぼけ（ブルーミング）をカメラに引き起こす。大きな距離に対しては、光強度は非常に低く、カメラのノイズに交じってリングを見るのを難しくする。一方の気道の壁部に近いカテーテルの位置は従って、壁の距離に関する変化、故に光強度の差を最大にする。

図３は、左の画像において、気道４２内にあり、真ん中ではなく気道の一方の側に置かれるカテーテル４０を断面で示す。右の画像は、画像の一部にブルーミング４４が存在している取り込み画像を示し、気道の壁部の形状が見ることができないように、画像５５の他の部分の画像は暗くなっている。ブルーミングは、この気道の壁部の形状の画像も不明瞭にする。そのような状況において高品質の画像を取り込むために、（高価である）高いダイナミックレンジを持つカメラが全ての角度で光のパターンを記録するのに必要とされる。

加えて、センサに最も近い気道が受け取る光量は必要以上に高い。これは、好ましくない副作用を引き起こし、組織の損傷を引き起こすことにより患者の安全性を危うくする。放射線量を常にできるだけ最小にすることが優れた実施である。

センサ範囲に関して、非常に遠い距離及び非常に近い距離の両方で気道の壁部を検出するようにセンサの光学部を最適化することは難しい。これは、小さなカメラは通例、ピクセル数が極めて限られるからである。短い気道の壁部までの距離用又は長い距離用に最適化するのは容易であるが、両用では容易ではない。

従って、イメージングシステムが撮像されるが非常に複雑な撮像設備を必要としない、通路内に非中心配置を容認することができる設計の必要性がある。

本発明は、請求項により規定される。

本発明の第１の態様によれば、通路の内壁を撮像するためのイメージセンシングシステムを持つカテーテルを提供し、このカテーテルは、前記通路内に置かれ、カテーテルは、
カテーテルの周りに光出力を放射状に発生させる光源配列、及び
前記内壁による反射の後、前記放射状の光出力を受信するイメージセンサ
を有し、前記カテーテルは、カテーテルの長さに沿った前記通路内の既定の位置及び方位で前記通路内に位置決められるように構成される、並びにカテーテルの周りの光出力の強度分布の包絡線形状又は光伝達配列の光伝達関数が非円形であるように、前記光出力は、別々の放射状の方向に異なる強度を持つ及び／又は前記カテーテルは、別々の放射状の方向に対し、光出力のイメージセンサへの異なる伝達を生じさせる光伝達配列を有する。

通路内のカテーテルの位置が分かっていることを保証することにより、光学システムは、そうしないとブルーミングが起きるとき、イメージセンサにより受信される光は、減少した強度を持つように設計される。このように、イメージセンサの複雑さを増大させる必要なしに、より高品質の画像が得られる。カテーテルの位置は、カテーテルの長さに沿った特定の位置において、通路の全断面内におけるカテーテルの断面の位置が概ね分かり、その位置におけるカテーテルの角度方向も概ね分かっているという点で、好ましくは分かっている。従って、カテーテルは好ましくは、最も近い通路の壁部に対する既知の方位、すなわち前面−後面に対する既知の方位を持つ。予想される気道の形状及び前記最も近い通路の壁部に対する予想されるセンサの方位に適応する非対称の光学設計が存在する。

カテーテルの周りの光出力の強度分布の包絡線形状は、一定値を持つ光出力の強度に従うとき、カテーテルの周りで一般的な形状である。例えば、光出力の強度が低い又はより多く減衰している放射状方向に対し、包絡線形状はカテーテルにより近い。カテーテルの周りの一般的な照明のリング形状は故に非円形である。光出力の強度が連続するリングであっても、又は不連続であり、この時リングの周りに離散点の組として形成されてもよい。後者の場合、それは、包絡線形状を規定する一般的なリング形状である。

（光学センサに対する）光伝達関数は、放射状の方向の位置の関数とする光伝達量である。従って、非円形の光伝達関数は、伝達が円周の周りでは非一様であることを意味する。

カテーテルの位置が既定される、故に予め知っておくことを準備するための様々な方法が存在している。それは、光の強度分布の包絡線形状及び伝達関数のフィードバック制御を必要としないことを意味している。代わりに、カテーテルは、予め知っている通路内の特定の経路（の位置及び方位）を採用するように設計され、光学システム（光源及びイメージセンサ並びにその間にある全ての光学）は、既知の経路を考慮して設計される。

第１の例において、カテーテルは、カテーテルの長さを横切る断面が非円形形状である。この非円形形状は、カテーテルがある方向への曲げを選択することを意味している。故に、挿入されたカテーテルがそれ自身は既知の一般形状である通路内の既知の経路を辿るような非円形形状が設計される。

例として、カテーテルの長さを横切る断面におけるカテーテルの外形の曲率半径は、カテーテルの周りのある角度位置が、カテーテルの周りの反対側の角度位置に比べて大きい。曲率半径は、カテーテルが通路の壁部と接触している、このカテーテルの周りの角度位置においてより大きくなるように設計される。これは、通路の壁部に対し平坦な部分を持つ概ね矩形の形状、すなわち広い及び平坦な形状を生じさせる。広く平坦な形状は、幅方向に平行な軸の周りを選択的に曲がる。

カテーテルは、カテーテルの長さを横切る断面において、その外形に平坦な縁を持ち、この場所においてカテーテルが通路の壁部と接している。この平坦な縁は、気道の壁部に選択的にくっつくのに対し、丸い部分は、気道の壁部にくっつく可能性は低い。

全ての事例において、外形又はこの外形の角度方位は、カテーテルの長さに沿って変化する。これは、カテーテルが単に１つのカーブを曲がるのではなく、より複雑な経路を辿るように設計される。カテーテルの長さに沿った異なる地点において、カテーテルは、異なる角度位置で複雑な経路と接している。カテーテルの形状の角度方位又は形状自身は故に、平坦な領域が通路の壁部にぶつかることができるように変化する。

第２の例において、カテーテルの曲げ特性は、カテーテルの長さに沿って変化する。これは、カテーテルが通路内で既知の形状及び位置に向ける方法を制御するもう１つの方法を提供する。特定の方向への曲げに対するカテーテルの剛性は、例えばこのカテーテルの長さに沿って変化してもよい。

これら２つの手法は、形状及び剛性のパラメタが共に、それ自身は一般に知られる形状である通路により誘導されるとき、カテーテルが所望の形状を採用することを共に可能にする変数であるように組み合わされる。

光出力は、異なる放射状方向に異なる強度を持つ及び／又はカテーテルは、異なる放射状方向に対し、イメージセンサまでの光出力の別々の伝達を生じさせる光伝達配列を有する。これらは、異なる方向からイメージセンサに到達する光強度を制御するための様々なオプションを提供する。強度は、（例えば別々の光源要素が異なる放射状方向の光に対し責任を負う場合）光源で制御される、又は（例えば減衰配列を使用することにより）光が内壁に向けられる前に、放射状方向の関数として光強度が制御される、或いは（例えば内壁からの光を受け取る異なる方向に対し、光を別々にイメージセンサに向けることにより）光が最終的にイメージセンサに向けられるとき、放射状方向の関数として光強度が制御されてもよい。

光伝達は、別の方法で一定の光源強度の減衰を変えることにより制御されてもよい。

光出力強度は、カテーテルが通路の壁部に最も近い場所で最小である。このように、出力強度は、ブルーミングを避ける必要がある場所では減らされ、通路の壁部までの距離が大きい場所では増大する。

光減衰配列が使用される場合、この配列は電気ケーブル又は光ファイバを有してもよい。このように、システム全体の存在する構成要素は、これらの場所を立案することにより、所望する遮光機能を提供するのに使用されてもよい。これは、追加の構成要素の必要性を回避する。しかしながら、専用の光減衰配列がもちろん設けられてもよい。

（放射状位置の関数として）光減衰は、通路の内壁にパターンが投影される前に行われてもよいし、内壁による反射の後に行われてもよい。減衰は吸収も含んでもよいし、又は光を特定の方向に向ける又は特定の方向から離れるように向けることも含む。例えば、イメージセンサが関係している限りにおいて、減衰又は低下した伝達は、このイメージセンサから離れるように光を向けることで達成される。

"減衰"及び"伝達"という言葉はそれに応じて理解されるべきである。

光源配列は、カテーテルの内部にある光源を、及び任意でこの光源からの光を視準するための視準器を有してもよい。光源は、光を放射状に外側に向けるか、若しくは光源が光を軸方向に向け、次いで放射された光の向きを変えるための反射器が設けられ、カテーテルの長さの周りに概ね放射状に向けられた光のリングを形成する。

代わりに、光源配列は、
カテーテルの外部にある光源、
光出力をカテーテルの外部からカテーテルの内部に伝達する及びカテーテルの細長い軸に平行であり、中心にある方向に光を放射するように構成される光ファイバ、
任意で、前記光ファイバからの光を視準するための視準器、並びに
カテーテルの長さの周りで概ね放射状に向けられた光のリングを形成するように、前記放射された光を向け直すための反射器
を有する。

これは、軸方向に向けられた光が例えば反射コーンのような反射器により放射状の光に変換されるコンパクトな設計を提供する。

光源はこのましくはレーザー又はＬＥＤを有する。

反射器は、軸対称でなく、これにより放射状の方向に対して非一様な光強度を作ってもよい。このように、非一様な放射状の方向の光のパターンは、光出力に複雑な光学代替案を要求することなく、反射器により実施される。

カテーテルはさらに、内壁によりイメージセンサに向けて反射した後、前記放射状の光を再び向きを変えるための第２の反射器を有してもよい。この第２の反射器は、軸対称でなく、これにより放射状の方向に対して非一様なカメラの感度を作ってもよい。従って、イメージセンサの反射器は、放射状の方向の関数として減衰を実施するのに使用される。

カテーテルは、上気道における閉塞の存在及び場所を決定するのに使用され、カテーテルは、このカテーテルの長さに沿って複数の放射状イメージングシステムを有する。このように、各々の放射状イメージングシステムは、気道の閉塞が突き止められる場所の特定の１つに対し最適化される。

本発明の例は、付随する図面を参照して詳細に説明される。
気道の内側に置かれる例示的なカテーテルの長さ方向の断面の概略図を示す。 患者の鼻腔及び上気道内に挿入される例示的なカテーテルの概略図を示す。 カテーテルを中心に位置決めていないことにより生じる問題を示す。 カテーテルの形状がどのように曲げ性能に影響を及ぼすかを示す。 通路内に非円形の外形を持つカテーテルを示す。 減衰を利用して、放射状の方向の光のパターンを変更する方法を示す。 カテーテルの長さに沿った異なる位置において、別々の方位が適切である方法を示す。 カテーテルの設計を示す。

本発明は、カテーテルがその中に置かれる通路の内壁を撮像するためのイメージセンシングシステムを持つカテーテルを提供する。カテーテルは、カテーテルの周りで光出力を放射状に発生させるための光源配列、及び前記光が前記内壁により後方散乱した後、前記概ね放射状の光を受信するためのイメージセンサを有する。カテーテルは、既知の位置及び方位、例えばカテーテルの長さに沿った前後方向の平面に対して既知の角度で前記通路内に位置決められるので、通路の壁に最も近いカテーテルの長さが沿う場所、及びその場所でのカテーテルの周りの角度位置が分かる。光出力は、異なる放射状の方向に異なる強さを持つ及び／又はカテーテルは、異なる放射状の方向への光出力に異なる減衰を生じさせる光減衰配列を有する。これらは、イメージセンサにより受信される光を減らし、それにより取り込まれる画像におけるブルーミング（焦点ボケ）を防ぐための代替方法を提供する。

本発明は例えば、導管と共に撮像するのに使用されてもよい。これは、例えばパイプ、チャンネル及びトンネルのような無生物を撮像するための非医療応用、並びに例えば気道、消化管又は毛細血管或いは動脈を撮像するための医療撮像応用のためでもよい。

例として、図１は、長く伸びた上気道１４内に配される既知の基本構成からなる例示的なカテーテル１２を概略的に示す。気道の長さに沿って、１８、２０、２２及び２４のラベルが付いた４つの解剖学的領域又は特徴が示され、これらは、非限定の例として夫々、軟口蓋（口蓋）、中咽頭、舌根及び喉頭蓋を示す。一連の光学センサＳ１からＳ５を有するカテーテル１２が気道１４内に置かれる。これらセンサは各々、概ね軸方向に光を発生させるレーザー光源、少なくとも放射状の方向の成分を含むために、前記光の方向を変えるための第１の反射器、及び調査される導管の側壁からの反射光を、調査される導管の側壁の画像を取り込むためのイメージセンサに向けて方向を変えるための第２の反射器を有する。図１は、カテーテルと気道１４との間における空間、及び故に放射状の距離を概略的に示す。

光学配列は、図１に１つの三角形として概略的に示される。

説明のために、図２は、患者３４の鼻孔３６を介して挿入され、患者の上気道に置かれるカテーテル１２を概略的に示す。カテーテルの遠位端は、食道に固定されている。図１の４つの解剖学的領域（軟口蓋１８、中咽頭２０、舌根２２及び喉頭蓋２４）の凡その位置が患者３４の気道１４に沿って示されている。

本発明は特に、気道内においてカテーテルが非中心位置にあるという問題、及びこれがイメージングセンサにより取り込まれる放射状の光強度に影響することに関する。

光源配列は、上気道１４の壁部のリング形状部を照明するために、カテーテルから放射状に外側に放射する光のラジアルリング(radial ring)を発生させる。このリングは連続的でもよいが、代わりに環状路を概ね進む離散点の組として形成されてもよい。

放射投影は、完全な放射状の方向、すなわちカテーテルの軸に対し９０°でもよいが、この完全な放射状の方向に対し鋭角に傾けられてもよい。簡潔さのために、例えばカテーテル内に前記光学システムを装備するために、光はカテーテルに沿って軸方向に経路設定され、反射配列はその光の方向を変えて、放射状の方向のパターンを形成する。

上述されるように、カテーテルと気道の壁部との間の距離は、受信される光の光強度に影響を及ぼす。

本発明の第１の態様は、カテーテルが撮像される通路内の既知の位置にあるのを保証することを含む。これを制御する１つの方法は、カテーテルが通路内に挿入されるとき、カテーテルが辿る経路を制御することである。

図４は、カテーテルの形状が曲げ性能にどの様に影響を及ぼすかを示し、これは、カテーテルが採用した形状及び位置を制御するのに使用されることができる。円形の断面が５０として示され、太った断面が５２として示されている。外形５２は、カテーテルの長さを横切る断面が非円形である。この非円形形状は、カテーテルが特定の方向に曲がるのを選択することを意味している。特に、カテーテルは、幅方向に平行な軸５４の周りを優先的に曲がる。このように、挿入されるカテーテルは、それ自身は既知の一般形状である通路の形状に適合させるように特定の経路を辿るように設計されることができる。

カテーテルの底部の外形の曲率半径は、側部よりも大きい（すなわち、より緩やかな曲線である）。このより平坦な底部は、カテーテルが通路の壁部と接する場所である。故に、外形は概ね押し潰されている。外形が非対称の形状（すなわち、回転対称の位数が１に等しい）でもよいが、例えば回転対称の位数が２である楕円のような何らかの対称性を依然として持ってもよい。平坦な底部は、完全に平坦な縁部でもよい。

カテーテルは故に、幅方向よりも高さ方向がより小さい径を持つ。

最も平坦な側（示される例では底部）も通路の壁部にくっつくように特に最適化される。

カテーテルが軸５４の周りを曲がる又は湾曲するとき、平坦な領域は好ましくは、自分自身を通路の壁部に向けさせる。カテーテルは、前記通路に挿入され、正しいアライメントを支援する。このように、通路の壁部に最も近いセンサの部分を高い信頼度で予測することが可能である。

カテーテルの幾何学的断面を変化させないが、異なる方位に対し機械特性を適応させることにより、同様の作用を得ることも可能である。これは例えば、カテーテル内に堅い繊維を含めることにより行われることができる。このように、カテーテルの曲げ特性は、カテーテルの長さに沿って変化する。これは、カテーテルが通路内において既知の形状及び位置に進む方法を制御するもう１つの方法を提供する。特定の方向への曲げにに対するカテーテルの剛性は、例えばカテーテルの長さに沿って変化してもよい。

これらの２つの手法は、形状及び剛性のパラメタの両方が、通路に導かれるとき、カテーテルが所望する形状を採用することも共に可能にする変数であるように組み合わされてもよい。

所与の深さにおける通路、例えば上気道の凡その形状は知られている。カテーテルのどちら側が気道に近いかを制御することにより、光強度はこのとき、予想される気道までの距離に応じて形成されることができる。

光強度はこのとき、気道の壁部までの距離が大きいと予測される方向において増大し、この強度は、距離が小さいと予測される方向において減少する。

従って、第２の態様において、一旦カテーテルの位置が分かると、非回転対称関数を提供するように、光のパターン及び／又はセンシング光学を制御する。特に、光出力の強度が制御されるとき、カテーテルの周りの光出力の強度分布の包絡線形状は非円形である。イメージセンサにより受信される光強度が角度によって光伝達率を変えることにより制御されるとき、光伝達関数は、非円形である。前記センサの周りの光量(light dose)及び光学的視野は、前記分かっている位置決定を考慮して最適化されることができる。

図５は、通路４２内に非円形の外形を持つカテーテル５２を示す。照明パターンの強度は、カテーテルからの予想される距離に依存している。光強度は故に、カテーテルの周りの角度半径(angular radial)位置に依存するように制御される。例えば、強度は、一般領域６０が最も高く、一般領域６２が次いで低く、一般領域６４が最も低い。これらの領域における光強度は一様ではなく、これらの領域は説明を目的として３つの別個の領域として単に示しただけである。実際には、強度をカテーテルの周りの角度に関連付けた関数でもよい。

非対称の光パターンは例えば異なる密度の吸収材(absorber)を加えることにより、又は放射状の光のパターンを生成する偏向コーンを意図的にビームの中心から位置合わせないことにより簡単に達成される。このように、光のパターンは、光源の出力又は光が反射される方法を操作することにより作られてもよい。

代替方法は、光が放射状に向け直すために反射された後、光の選択的な吸収を設けることである。専用の光減衰配列がこの目的のために用いられてもよいが、それが前記装置の存在する部品を使用してもよい。

図６は、通路の壁部に最も近い平坦な縁部７０を持つ（カテーテルの長さにおける断面が）非円形のカテーテルの外形５２を示す。カテーテルは、その中心軸に沿って概ね位置合わせされているカメラ及び光学構成要素７２を含む。前記装置の部品を形成する様々な電気ケーブル又は光ファイバ７４が存在し、これらは、平坦な側７０に配され、カテーテルの外壁の平坦な側の領域からの光の意図的な減衰を提供する。このように、システム全体の存在する構成要素は、これらの構成要素の位置を適切に選択することにより、所望する遮光機能を提供するのに用いられる。これは、追加の構成要素の必要性を無くさせる。

非対称性を作るための上述した様々な手段は、カテーテルの長さに沿った異なる位置において別々に配向されてもよい。

図２と同じく、図７は、患者の上気道において使用中のカテーテルを示す。上述した方法において、カテーテルは、カテーテルの方位を気道の壁部に一致させるように、その長さに沿って適応する。

例えば、図７において、カテーテルは、中咽頭から喉頭蓋までの位置（場所８０ｂ）において後壁にくっつき、軟口蓋の位置（場所８０ａ）において気道の前壁にくっつくことを望む。従って、カテーテルは、それに応じて平坦な側の向きを変化させる。もちろん、それに応じて他のパラメタ、例えばリングの強度、ケーブルの方位又はカテーテルの剛性がカテーテルの長さに沿って適応することができる。

放射状の方向に依存するイメージセンサの感度を提供するために、（上述したような）気道の壁部までの予想される距離に従ってリングのパターンの強度を適応させることが可能であるだけでなく、センサの距離範囲に適応させることも可能である。これは例えば、カメラの前に非回転対称の光収集コーンを用いること、又はカメラとコーンとを意図的に位置合わせされないことにより実施されることができる。

そのようなセンサの分解能は一般的に、小さなカメラにおいて利用可能なピクセル数により、及び光反射コーンと共にカメラの視野により限定される。カメラの前に非対称の光学を使用することにより、カメラの視野は、放射状の方向に応じて変化する。これは、カメラのチップのピクセルが、放射状の方向に応じて別々にマッピングされていることも意味している。非対称性は、放射状の照射パターンが（例えば第１の反射器の設計により）形成される前でもよいし、又はパターンの形成後であるが、（例えば第２の反射器又はこれら両方の設計により）そのパターンがイメージセンサに到達する前でもよい。

本発明は、図１に示されるカテーテルに応用される。

光源配列は、例えばレーザーのような光源、光出力を伝達する及び光をカテーテルの細長い方の軸に平行であり、中心にある方向に放射する光ファイバ、並びにカテーテルの長さの周りで概ね放射状に向けられた光のリングを形成するために、前記放射された光の向きを変えるための第１の反射器を有する。前記配列は、前記光ファイバからの光を視準する視準要素を有してもよい。この視準要素は前記第１の反射器と組み合わされてもよい。この反射器は、そのアライメント又は形状により非対称のリングを提供するように設計されてもよい。例えば、反射器は、それにより放射状の方向に対して非一様な光強度を作る非軸対称でもよい。このように、非一様な放射状の光のパターンは、光出力に複雑な光学的交番を必要とせずに、反射器により実施される。

上述したように、代替手段は、通路の壁部から受信した光をイメージセンサに向けるための第２の反射器を用いて非対称性を実施することである。

上述した構成要素をさらに明瞭に例示するために、図８は、上述したような放射状照明システムを実装するカテーテル９１の例示的な一例を示す。カテーテル９１は、透明な細管内に封入される、カテーテルの外部にあるレーザー９２から光出力を受信する、生成されるレーザー光を光ファイバ９４に沿った軸方向に伝搬するように配される。レーザーは、光ファイバの端部に取り付けられる。光ファイバは、その端部９７に視準器及び円錐状反射器９６を持つ。

反射器９６は幾つかの実施例において、上述したような放射状の方向に対して必要とされる非一様な光出力の強度を供給するように設計されてもよい。

前記カテーテルの断面形状は、図８では見ることができない。その形状は上述したように非円形である。

放射状照明システムは、放射状の光出力を生成し、カテーテルがはめ込まれたチャンネル（例えば患者の気道９８）により反射された後、光出力は、コーン反射器１００によりイメージセンサ１０２に向けて反射される。

カテーテルは、複数のイメージングシステムを連続して有してもよいのに対し、図８は１つの上記イメージングシステムのみしか示していない。

図８は、外部の光源も示しているのに対し、この光源は、カテーテルの内部にあってもよい。例えば、カテーテルは、（軸方向ではなく）外側を向いた発光要素のリングを有してもよいので、反射器９６は必要とされない。この場合、カテーテルの周りの角度位置によって強度を変えるために、別々の発光要素が異なる強度を持ってもよい。

カテーテルは、上気道における閉塞の存在及び位置を決定するのに使用され、カテーテルは、カテーテルの長さに沿って複数の放射状イメージングシステムを有する。このように、各々の放射状イメージングシステムは、気道の閉塞が突き止められる位置の特定の１つのためである。

上述したように、特に関心のある１つの応用は、自然な（又は鎮静した）睡眠中、ＯＳＡ患者の上気道の開存性を測定するための光学カテーテルセンサの性能を向上させることであり、この応用において、イメージセンサ及び円錐軸に略垂直であるレーザー面がセンサモジュールに作られ、上気道における関連する断面において輪郭がライトアップする。前記センサ要素は、細管に包含される。

開示される実施例以外の変形例は、図面、本開示及び付随する特許請求の範囲を検討することにより、請求される本発明を実施する当業者により理解及びもたらされ得る。請求項において、"有する"という言葉は、それ以外の要素又はステップを排除するものではなく、複数あることを述べていなくても、それらが複数あることを排除していない。ある方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせは有利に使用されることができないことを示しているのではない。請求項における如何なる参照符号もその請求項の範囲を限定するとは考えない。

Claims (14)

1. 通路の内壁を撮像するためのイメージセンシングシステムを持つカテーテルであり、前記カテーテルは、前記通路内に置かれ、
   前記カテーテルの周りに光出力を放射状に発生させる光源配列、及び前記内壁による反射の後、前記放射状の光出力を受信するイメージセンサを有する放射状イメージングシステムを有し、
   前記カテーテルは、当該カテーテルの長さに沿った前記通路内の既定の位置及び方位で前記通路内に位置決められるように構成される、
   前記カテーテルは、当該カテーテルの長さを横切る断面において、非円形の外形を持ち、前記非円形の外形は、前記通路内の特定の既知の経路の位置及び方位を採用するような外形を持つ、並びに
   前記カテーテルの周りの前記光出力の強度分布の形状が非円形である、又は前記カテーテルの周りの光伝達配列の光伝達関数が非一様であり、前記カテーテルが採用する前記既知の位置及び方位を考慮して前記強度分布の形状及び光伝達関数が設計されるように、前記光出力は、別々の放射状の方向に異なる強度を持つ及び／又は前記カテーテルは、別々の放射状の方向に対し、前記光出力の前記イメージセンサへの異なる伝達を生じさせる光伝達配列を有する
   カテーテル。
2. 前記カテーテルの長さを横切る断面において、前記カテーテルの外形の曲率半径は、前記カテーテルの周りのある角度位置の方が、前記カテーテルの周りの反対側の角度位置に比べて大きい、請求項１に記載のカテーテル。
3. 前記カテーテルは、当該カテーテルの長さを横切る断面において、その外形に平坦な縁部を持ち、当該縁部において、前記カテーテルは前記通路の壁部に接している又は近接している、請求項２に記載のカテーテル。
4. 前記外形又は前記外形の角度方位は、前記カテーテルの長さに沿って変化している、請求項１乃至３の何れか一項に記載のカテーテル。
5. 前記カテーテルの曲げ特性は、当該カテーテルの長さに沿って変化している、請求項１乃至４の何れか一項に記載のカテーテル。
6. 特定の方向への曲げに対する前記カテーテルの剛性は、当該カテーテルの長さに沿って変化している、請求項５に記載のカテーテル。
7. 前記光出力の強度は、前記カテーテルが前記通路の壁部に最も近くにある場所で最小となる、請求項１乃至６の何れか一項に記載のカテーテル。
8. 前記光伝達配列は、減衰を与える電気ケーブル又は光ファイバを有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のカテーテル。
9. 前記光源配列は、前記カテーテルの内側にある光源、及び前記光源の出力を視準するための視準器を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のカテーテル。
10. 前記光源配列は、
    前記カテーテルの外側にある光源、
    前記光源からの光出力を前記カテーテルの外側から前記カテーテルの内側に伝達する、及び前記光を前記カテーテルの細長い軸に平行であり、中心にある方向に放射するように構成される光ファイバ、
    前記光ファイバからの前記光を視準するための視準器、並びに
    前記カテーテルの長さの周りに概ね放射状に向けられた光のリングを形成するように、前記放射された光を向け直すための反射器
    を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のカテーテル。
11. 前記反射器は、軸対称ではなく、それにより放射状の方向に対し非一様な光強度を作る、請求項１０に記載のカテーテル。
12. 前記内壁による反射の後、前記放射状の光を前記イメージセンサに向け直すための第２の反射器をさらに有する、請求項９、１０又は１１に記載のカテーテル。
13. 前記第２の反射器は、軸対称ではなく、それにより放射状の方向に対し軸対称ではない前記センサの視野を作る、請求項１２に記載のカテーテル。
14. 上気道における閉塞の存在及び位置を決定するのに使用される請求項１乃至１３の何れか一項に記載のカテーテルにおいて、前記カテーテルの長さに沿って複数の放射状イメージングシステムを有する、カテーテル。

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