JP7283778B2 - イメージングシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、散乱媒質の内部、例えば、ヒト又は動物の組織の内部に配置されている医療デバイスの位置を特定するためのシステム及び方法に関する。

光ファイバベースの内視鏡は、人体内部のイメージング及びセンシングにますます使用されるようになっている。バルク内視鏡は、多くの場合、ステアリング機構によって内部器官の特定の領域に誘導することができるが、細い光ファイバの内視鏡は、バルク内視鏡のワーキングチャネルから押し出されて、従来のシステムの到達範囲を超えて延びることができる。代わりに、ガイド付きバルク内視鏡を全く使用せずに、細いファイバベースの内視鏡を挿入することもできる。

いくつかのシナリオでは、内視鏡の最終的な位置は、バルク内視鏡の挿入の知識、臨床医による手の感触、及び／又はファイバベース内視鏡イメージングシステムの非常に限られた（例えば、１ｍｍ未満の）視野内の目に見える構造から概算することができる。状況によっては、定位的手法を用いてファイバ内視鏡の先端の位置を推定することができる。Ｘ線又は電磁技術を使用して、内視鏡の端部にある金属製の先端を観察することができる。しかしながら、Ｘ線又は電磁技術は費用がかかり、かつ／又はかさばる装置を必要とする。また、内視鏡の位置を特定するためにＸ線を使用することは、患者を不要な放射線に曝す可能性がある。

経腸栄養管、例えば経鼻胃（ＮＧ）管を用いて患者に栄養を供給することが知られている。通常、ＮＧ管は盲目的に配置される。例えば、ＮＧ管の挿入プロセスは、挿入中にいかなるイメージングプロセスも行わずに行われ得る。その後、Ｘ線検査を用いてＮＧ管の位置を確認することができる。

状況によっては、経腸管の誤配置が起こり得る。経鼻胃管などの経腸管の誤配置により、様々な問題が発生する可能性がある。経腸管の誤配置は、例えば、直接の肺への栄養補給又は食道への栄養補給とその後の誤嚥性肺炎を引き起こす可能性がある。肺の合併症により死亡又は身体障害が生じることがある。

ＮＧ管を用いた栄養補給は、連続的であっても断続的であることができる。一般に、ＮＧ管の遠位端の位置は、栄養補給前に確認される。現在、液体の吸引とｐＨ指示薬片が使用されている。液体をＮＧ管から（例えば、注射器を用いて）吸引し、ｐＨ指示薬片を用いて吸引した液体を検査して、吸引した液体の酸性度を特定することができる。低いｐＨ（例えば、ｐＨ４未満）は、ＮＧ管が正しく配置されていることを示すとみなされる。しかしながら、状況によっては、吸引した液体のｐＨは、制酸薬、他の薬剤の併用、又は検査指示薬の不具合によって混乱することがある。

ＮＧ管の位置を確認するために胸部Ｘ線を使用してもよい。しかしながら、胸部Ｘ線はしばしば解釈が困難である。胸部Ｘ線には電離放射線の使用が必要である胸部Ｘ線は通常、静止画像を提供する。胸部Ｘ線では、患者の放射線科への移動又はポータブルＸ線写真のいずれかを必要とする場合がある。

現在の慣行は次善の策であると考えられる。経腸管の誤配置により、多数の死亡及び合併症が発生し続けている。

第１の態様において、散乱媒質内に少なくとも部分的に配置されるように構成されている医療デバイスであって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の発光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含む医療デバイスと、パルス光が少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って発光領域に導かれ、発光領域によって散乱媒質に放出されるように、パルス光を少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端に伝達するように構成されているパルス光源と、散乱媒質を通過したパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、選択した信号に基づいて発光領域のそれぞれの対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定するように構成されているプロセッサとを含むシステムが提供される。

散乱媒質は、体の少なくとも一部を含むことができ、体は、ヒト又は動物被検体、例えば患者の体であることができる。散乱媒質は、組織及び／又は流体を含むことができる。

医療デバイスは内視鏡を含むことができる。医療デバイスは管を含むことができる。管は、経腸管、例えば経鼻胃管を含むことができる。

医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定することにより、臨床医は、医療デバイスの配置を判定することができる。例えば、臨床医は、内視鏡又は経腸管が挿入中に誤って配置されたか否かを判定することができる。誤配置の発生を減少させることができ、誤嚥性肺炎などの誤配置の結果の発生率を減少させることができる。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を通してパルス光を提供することによって発光領域の位置を特定することは、患者又は他の被検体を不要な放射線に曝す可能性がある他の方法を使用せずに医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定することを可能にする。例えば、小児の場合、電離放射線の使用を最小限に抑えることが望ましい場合がある。患者を電離放射線に繰り返し又は連続的に曝すことなく、経時的な医療デバイスの移動を特定することができ、かつ／又は医療デバイスの位置決めを確認することができる。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を通してパルス光を提供することによって発光領域の位置を特定することは、患者（弱っている可能性がある）をＸ線機器に連れて行くこと又はポータブルＸ線機器を患者に持って行くことなく、医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定することを可能にする。

発光領域は、局所化することができる。発光領域は、点光源として機能することができる。発光領域のそれぞれの対応する位置の特定は、発光領域を点光源とみなすことを含むことができる。

発光領域は、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の少なくとも一部の長さに沿って規則的に間隔を置いて配置され得る。発光領域の間隔は均一であることができる。発光領域は、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の実質的に非発光の領域によって分離することができる。

発光領域は、医療デバイスの関心領域内により密に配置することができる。関心領域は、重要な領域とみなすことができる。関心領域は、医療デバイスの遠位端又はその近くに配置され得る。状況によっては、医療デバイスの遠位端の配置について、近位端の配置よりも確実性が低い場合がある。遠位端の近くにより高い密度の発光領域を提供することにより、遠位端の位置をより良く特定することができる。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さに沿った隣接する発光領域間の間隔は、少なくとも０．１ｃｍ、任意選択で少なくとも０．５ｃｍ、さらに任意選択で少なくとも１ｃｍであることができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さに沿った隣接する発光領域間の間隔は、５ｃｍ未満、任意選択で２ｃｍ未満、さらに任意選択で１ｃｍ未満であることができる。

少なくとも１つの光ファイバは、複数の光ファイバを含むことができる。発光領域のそれぞれは、複数の光ファイバの対応する１つの先端を含むことができる。

発光領域のそれぞれは、光が発光領域から散乱媒質に放出されるように、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路のコア及び／又はクラッドの少なくとも１つの物理特性が変更された領域を含むことができる。

発光領域のそれぞれは、長周期ファイバブラッググレーティング、傾斜ファイバブラッググレーティング、コア損傷領域のうちの少なくとも１つを含むことができる。発光領域のそれぞれは、パルス光の波長をシフトするように構成することができる。発光領域のそれぞれは、異なる発光領域が異なる波長を有する光を発するように、パルス光の波長を対応する値の量だけシフトするように構成することができる。

発光領域のそれぞれは、光を医療デバイスから外側に向けるように角度を付けることができる。発光領域のそれぞれは、光を医療デバイスから外側に向けるように改質され得る。

異なる発光領域は、異なる波長の光を透過及び／又は散乱させるように構成することができる。

発光領域のそれぞれは、散乱材料を含むことができる。コア及び／又はクラッドの少なくとも１つの特性は、光を散乱媒質内に散乱させるように構成することができる。散乱材料は、医療デバイスの長さに対して実質的に垂直な方向に光を散乱させるように構成することができる。

医療デバイスの材料の少なくとも１つの特性は、光を散乱媒質内に散乱させるように構成することができ、例えば、管、シース又はコーティングの材料の特性である。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、ガラスから形成することができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、プラスチックから形成することができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、シリカから形成することができる。

光ファイバ又は各光ファイバは、商業的に標準的な寸法を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、約１０μｍのコア径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、約１２５μｍのクラッド径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、それぞれが約５０μｍ又は約６２．５μｍのコア径を有する複数のコア及び約１２５μｍのクラッド径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、約１ｍｍのコア径を有するプラスチックファイバを含むことができる。

光ファイバ又は各光ファイバは、１μｍよりも大きく、任意選択で３μｍよりも大きく、さらに任意選択で５μｍよりも大きく、さらに任意選択で１０μｍよりも大きく、さらに任意選択で５０μｍよりも大きいコア径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、１ｍｍ未満、任意選択で２００μｍ未満、任意選択で１００μｍ未満、さらに任意選択で５０μｍ未満、さらに任意選択で２０μｍ未満、さらに任意選択で１０μｍ未満、さらに任意選択で５μｍ未満のコア径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、５０μｍよりも大きく、任意選択で１００μｍよりも大きく、さらに任意選択で５００μｍよりも大きいクラッド径を有することができる。光ファイバ又は各光ファイバは、１０００μｍ未満、任意選択で５００μｍ未満、さらに任意選択で２００μｍ未満のクラッド径を有することができる。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、複数の光ファイバ又は他の導波路を含むことができる。各発光領域は、光ファイバ又は他の導波路の対応する１つの先端に配置することができる。

複数の光ファイバ又は他の導波路は、例えばシース内に一緒にパッケージ化することができる。複数の光ファイバは、複合ファイバ束を形成するように一緒にパッケージ化することができる。複数の光ファイバ又は他の導波路は、少なくとも１０本、任意選択で少なくとも２０本、さらに任意選択で少なくとも５０本、さらに任意選択で少なくとも１００本の光ファイバ又は他の導波路を含むことができる。

医療デバイスは管を含むことができる。複合ファイバ束は、管の内腔に配置することができる。複合ファイバ束は、管の管材料に一体化することができる。

複数の光ファイバ又は他の導波路は、異なる長さを有することができる。複数の光ファイバ又は他の導波路は、光ファイバの近位端が整列するように配置することができる。複数の光ファイバ又は他の導波路は、光ファイバ又は他の導波路の遠位端が医療デバイスの少なくとも一部の長さに沿って離間するように配置することができる。

発光領域のそれぞれは、複数の光ファイバ又は他の導波路の対応する１つの改質を含むことができる。光学ファイバは、一緒にパッケージ化する前に改質することができる。

複数の発光領域は、単一の光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って設けることができる。発光領域は、単一の光ファイバコアの長さに沿って設けることができる。発光領域のそれぞれは、光ファイバコアのそれぞれの改質を含むことができる。

複数の発光領域は、多心光ファイバの複数のコアに設けることができる。発光領域のそれぞれは、多心光ファイバのそれぞれのコアの改質を含むことができる。

コアは、コアの複数のサブセットを含むことができ、各サブセットについて、そのサブセット内のコアは、対応する発光領域を有する。サブセット内のコアのそれぞれは、多心光ファイバの長さに沿って、そのサブセット内の他のコアと同じ位置に発光領域を有することができる。

多心ファイバのコアは、各コアの直径よりも大きい分離距離だけ多心ファイバの断面平面内で分離することができる。コアは、各コアの直径と同程度の分離距離だけ多心ファイバの断面平面内で分離することができる。分離距離は、１００μｍ未満、任意選択で５０μｍ未満、さらに任意選択で２０μｍ未満、さらに任意選択で１０μｍ未満であることができる。分離距離は、１μｍより大きく、任意選択で１０μｍより大きく、さらに任意選択で２０μｍより大きく、さらに任意選択で５０μｍより大きいことができる。

医療デバイスは管を含むことができる。医療デバイスは、経腸管、任意選択で経鼻胃管を含むことができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、管の内腔に配置することができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、管の管材料に一体化することができる。

管は、少なくとも２つの内腔を含むことができる。少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、少なくとも２つの内腔のうちの第１の内腔に配置することができる。少なくとも２つの内腔のうちの第２の内腔は、液体、例えば供給液を供給するように構成することができる。内腔のうちの第２の内腔は、ヒト又は動物被検体に液体を供給し、かつ／又はヒト又は動物被検体から液体を得るように構成することができる。

少なくとも１つの検出器は、散乱媒質の外側に配置することができる。信号の選択は、少なくとも１つの検出器における受信した光子の到着時間に基づくことができる。到着時間に基づいて信号を選択することによって、散乱を受けていない光子又は大部分の光子よりも少ない量の散乱しか受けていない光子を表す信号を選択することができる。光子によって提供される位置情報の量を実質的に低下させない程度の散乱しか受けていない光子を表す信号を選択することができる。有用な限界を超えて光子によって提供される位置情報の量を低下させない程度の散乱しか受けていない光子を表す信号を選択することができる。位置情報は、各光子によって提供され得る。各光子について、その光子によって提供される位置情報は、光子が放出された位置に関する情報を含むことができる。

位置情報は、光子の複数の集合体のそれぞれによって提供され得る。光子の集合体は、特定の検出器又は検出器素子において特定の時間間隔の間に集められた光子を含むことができる。各光子の集合体について、その光子の集合体によって提供される位置情報は、光子の集合体が放出された位置に関する情報を含むことができる。

位置は、光ファイバ又は他の導波路上の位置を含むことができる。位置は、光子が放出された発光領域の位置を含むことができる。位置は、光子の集合体が省略された発光領域の位置を含むことができる。光子によって提供される位置情報は、複数の発光領域の位置に関する情報を含むことができる。

実質的に少なくとも１つの検出器に向かって散乱した光子を表す信号を選択することができる。このような信号は、到着時間に基づいて選択されない信号よりも、発光領域のより良い位置を提供することができる。

選択した信号に基づく発光領域のそれぞれの位置の特定は、選択した信号を用いて少なくとも１つの画像を形成することと、少なくとも１つの画像に基づいて発光領域のそれぞれの位置を特定することとを含むことができる。

少なくとも１つの画像は、発光領域のそれぞれに関する対応する画像を含むことができる。各光透過機構の位置の特定は、その光透過機構に対する画像に基づくことができる。

各位置は、自動的に特定することができる。各位置は、手作業で特定することができる。各位置は、画像処理技術を用いて、画像又は画像の対応する１つを処理することによって特定することができる。各位置は、高輝度を有する画像又は画像の対応する１つの一部、例えば最大輝度を有する画像の画素を見つけることによって特定することができる。

選択は、弾道光子に対応する信号を選択することを含むことができる。弾道光子は、散乱媒質内で散乱を受けていない光子及び／又は大多数の光子に比べて少数の散乱事象しか経験していない光子を含むことができる。弾道光子は、少なくとも１つの検出器で受信されるパルス光の第１の光子を含むことができる。弾道光子は、第１の時間区間内に受信される光子を含むことができる。

選択は、蛇行光子に対応する信号を選択することを含むことができる。蛇行光子は、弾道光子よりも後に到着するが、いくつかの位置情報を保持する光子を含むことができる。蛇行光子は、少なくとも１つの検出器に向かうより直接的な経路に沿って散乱した光子を含むことができる。

各蛇行光子について、その光子によって提供される位置情報は、光子が放出された位置に関する情報を含むことができる。各蛇行光子の集合体について、その蛇行光子の集合体によって提供される位置情報は、蛇行光子の集合体が放出された位置に関する情報を含むことができる。

位置は、光ファイバ又は他の導波路上の位置を含むことができる。位置は、光子が放出された発光領域の位置を含むことができる。位置は、光子の集合体が放出された発光領域の位置を含むことができる。蛇行光子によって提供される位置情報は、複数の発光領域の位置に関する情報を含むことができる。

各光子について、光子の到着時間は、光子を少なくとも１つの検出器で受信した時間と、光のパルスをパルス光源によって放出し、それによって光ファイバ又は他の導波路からの光子の放出をトリガーした時間との差を特定することによって特定することができる。

信号の選択は、閾値未満の到着時間を有する信号を選択することを含むことができる。閾値は、検出された最短到着時間に対して表すことができる。信号の選択は、検出された最短到着時間から１０ナノ秒以内、任意選択で５ナノ秒以内、さらに任意選択で２ナノ秒以内、さらに任意選択で１ナノ秒以内に到着する信号を選択することを含むことができる。信号の選択は、検出された最短到着時間から５００ピコ秒以内、任意選択で１００ピコ秒以内、さらに任意選択で５０ピコ秒以内に到着する信号を選択することを含むことができる。

信号の選択は、時間間隔内に到着時間を有する信号を選択することを含むことができる。信号の選択は、１つ以上の時間区間内の信号を選択することを含むことができる。

信号の選択は、第１の時間区間内に到着時間を有する第１組の信号を選択することと、第２の時間区間内に到着時間を有する第２組の信号を選択することと、第１組の信号を第２組の信号と比較することとを含むことができる。

第１の時間区間は、検出された最短到着時間後の最初の５０ピコ秒を含むことができる。第２の時間区間は、第１の時間区間後の次の５０ピコ秒を含むことができる。

第１の時間区間は、検出された最短到着時間後の最初の１００ピコ秒を含むことができる。第２の時間区間は、第１の時間区間後の次の１００ピコ秒を含むことができる。

信号の選択は、第１の閾値を下回る到着時間を有する第１組の信号を選択することと、第１の閾値を超えるが第２の閾値を下回る到着時間を有する第２組の信号を選択することと、第１組の信号を第２組の信号と比較することとを含むことができる。信号の選択は、多くの閾値の間の信号を選択することと、それらの信号を比較することとを含むことができる。信号の選択は、各組の信号が異なる閾値の間の到着時間を有する信号を含む、複数組の信号を選択することと、複数組の信号のうちの少なくともいくつかを互いに比較することとを含むことができる。

信号の選択は、各組の信号が対応する時間区間で到着時間を有する信号を含む、複数組の信号を選択することを含むことができる。時間区間は、５０ピコ秒の時間区間を含むことができる。時間区間は、１００ピコ秒を含むことができる。複数組の信号は、１ナノ秒の到着時間の全範囲内の信号を含むことができる。複数組の信号は、５ナノ秒の到着時間の全範囲内の信号を含むことができる。

少なくとも１つの検出器の位置及び／又は光の入射位置は、走査媒体を横切って、例えば患者を横切って光を走査することによって画像を構築するために変化させることができる。

医療デバイスの少なくとも一部の経路の特定は、形状に基づく画像処理技術を適用することを含むことができる。医療デバイスの経路を特定する際に、予想される医療デバイスの形状及び／又は予想される少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の形状を使用することができる。例えば、医療デバイスが連続的であることが分かっている場合がある。医療デバイスが湾曲した形状を呈すると想定することができる。医療デバイスの曲率が所定の範囲内にあると想定することができる。

医療デバイスの少なくとも一部の経路の特定は、発光領域の間隔に関する事前の知識を使用することを含むことができる。

パルス光は、狭帯域レーザ光を含むことができる。パルス光は、短パルスレーザ光を含むことができる。パルス光は、１０００ピコ秒未満、任意選択で５００ピコ秒未満、さらに任意選択で１００ピコ秒未満、さらに任意選択で１０ピコ秒未満、さらに任意選択で１ピコ秒未満の長さを有するパルスを含むことができる。

パルス光は、最大１０００ＭＨｚ、任意選択で最大２００ＭＨｚ、さらに任意選択で最大１００ＭＨｚ、さらに任意選択で最大１０ＭＨｚのパルス周波数であることができる。パルス光は、１０から１００ＭＨｚの間のパルス周波数を有することができる。パルス光は、約８０ＭＨｚのパルス周波数を有することができる。パルス光は、１から１０ＭＨｚの間のパルス周波数を有することができる。

パルス光源は、１００ｍＷ未満、任意選択で５０ｍＷ未満、任意選択で２０ｍＷ未満、任意選択で１０ｍＷ未満、任意選択で１ｍＷ未満の照射パワーを有することができる。

システムは、受信した光子をフィルタリングするように構成されているフィルタをさらに含むことができる。フィルタは、パルス光の波長で光子を透過させるように構成することができる。フィルタは、少なくとも１つの発光領域によってシフトされたパルス光の波長で光子を透過させるように構成することができる。

少なくとも１つの検出器は、検出器アレイを含むことができる。少なくとも１つの検出器は、走査検出器を含むことができる。少なくとも１つの検出器は、単一光子検出器を含むことができる。単一光子検出器は、少なくとも１つのＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）を含むことができる。少なくとも１つの検出器は、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード検出器）、ストリークカメラ、ＣＣＤ検出器アレイを備えた時間ゲート高感度カメラ（ＩＣＣＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）、超伝導単一光子検出器のうちの少なくとも１つを含むことができる。

システムは、少なくとも１つの集束コンポーネントをさらに含むことができ、少なくとも１つの集束コンポーネントは、受信した光子を少なくとも１つの検出器に集束させるように構成されている。少なくとも１つの集束コンポーネントは、少なくとも１つのレンズを含むことができる。

パルス光の散乱媒質への伝達は、発光領域のそれぞれを個別に照明することを含むことができる。発光領域のそれぞれを個別に照明することは、光透過機構のそれぞれを順番に照明することを含むことができる。発光領域のそれぞれを個別に照明することは、それぞれの異なる波長を使用して発光領域のそれぞれを照明することを含むことができる。発光領域のそれぞれを個別に照明することは、少なくとも１つの光ファイバの複数のコアのそれぞれを個別に照明することを含むことができる。発光領域のそれぞれを個別に照明することは、順番に異なる波長を用いて少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を照明することを含むことができ、発光領域のそれぞれは、異なる波長のうちの選択した波長を透過させるように構成されている。

パルス光の散乱媒質への伝達は、複数の発光領域を同時に照明することを含むことができる。パルス光の散乱媒質への伝達は、発光領域の全てを同時に照明することを含むことができる。

発光領域の位置の特定は、繰り返し行うことができる。発光領域の位置の特定は、散乱媒質に対して医療デバイスの少なくとも一部が移動している間に繰り返し行うことができる。医療デバイスの移動は自動化することができる。医療デバイスの移動は、所定の増分で行うことができる。

医療デバイスは、少なくとも１つの医療器具を含むか又は少なくとも１つの医療器具の一部を形成することができる。医療デバイスは、少なくとも１つの医療器具と同じ場所に配置することができる。

医療器具は、内視鏡、ガイドワイヤ、カテーテル、カテーテル送達システム、メス、組織の切除又は修正のためのエネルギー源のうちの少なくとも１つを含むことができる。

プロセッサは、特定した医療デバイスの少なくとも一部の経路に基づいて医療器具の少なくとも一部の位置を特定するようにさらに構成することができる。

医療デバイスは、ヒト又は動物の体内に少なくとも部分的に配置することができる。医療デバイスの少なくとも一部の経路の特定は、ヒト又は動物の体内の医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定することを含むことができる。

医療デバイス及び／又は医療器具は、自動化された手順を用いてヒト又は動物の体内に配置することができる。医療デバイスの少なくとも一部の経路の特定は、自動化された手順の確認を含むことができる。

医療デバイスの少なくとも一部は、ヒト又は動物被検体の内部に配置され得る。散乱媒質は、肺、上部胃腸管、下部胃腸管、尿路、骨組織、臓器組織のうちの少なくとも１つの組織を含むことができる。

医療デバイスの少なくとも一部は、被検体の食道内に配置することができる。プロセッサは、特定した医療デバイスの少なくとも一部の経路を使用して、被検体の食道内の管の位置を特定するように構成することができる。

プロセッサは、さらに、選択した光子を使用して、ヒト又は動物の組織の少なくとも一部の組織型を特定するように構成することができる。ヒト又は動物の組織の少なくとも一部の組織型の特定は、組織が健康であるか又は罹患しているかを特定することを含むことができる。組織型の特定は、選択した信号に対応する光子の散乱の程度を特定することと、特定した散乱の程度に基づいて組織型を特定することとを含むことができる。

独立して提供され得る更なる態様において、少なくとも部分的に散乱媒質内に配置されるように構成されている医療デバイスであって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の発光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含み、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端に伝達された光が少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って発光領域に導かれ、発光領域によって放出される、医療デバイスが提供される。

独立して提供され得る更なる態様において、医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定するための方法が提供され、医療デバイスは、少なくとも１つの光ファイバの長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の発光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含む。方法は、医療デバイスを少なくとも部分的に散乱媒質内に配置することと、パルス光が少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って発光領域に導かれ、発光領域によって散乱媒質に放出されるように、パルス光を少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に伝達することと、散乱媒質を通過したパルス光の光子を少なくとも１つの検出器により受信することと、受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択することと、選択した信号に基づいて発光領域のそれぞれの対応する位置を特定することと、特定した位置に基づいて医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定することとを含む。

独立して提供され得る更なる態様において、散乱媒質を通過したパルス光の受信した光子に対応する信号を選択し、選択した信号に基づいて複数の発光領域のそれぞれの対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて医療デバイスの経路を特定するために、プロセッサによって実行可能なコンピュータ読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品が提供される。

散乱媒質は、ヒト又は動物被検体の体の少なくとも一部を含むことができる。プロセッサは、特定した医療デバイスの位置を予想される被検体の解剖学的構造と比較するようにさらに構成することができる。

プロセッサは、予想される被検体の解剖学的構造を特定するようにさらに構成することができる。予想される解剖学的構造の特定は、被検体の体の少なくとも一部の少なくとも１つの医用画像を得ることを含むことができる。予想される解剖学的構造の特定は、少なくとも１つの解剖学的構造を識別するために少なくとも１つの医用画像を処理することを含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造は、食道を含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造は、気管支を含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造は、被検体の幽門平面を含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造は、被検体の少なくとも１つの肋間腔を含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造は、被検体の少なくとも１つの椎骨を含むことができる。

医療デバイスの位置と予想される被検体の解剖学的構造との比較は、食道及び／又は気管支に対する医療デバイスの位置を特定することを含むことができる。

医療デバイスの位置と予想される被検体の解剖学的構造との比較は、被検体の医用画像と、特定した光透過機構又は各光透過機構の位置及び／又は特定した医療デバイスの位置とを重ね合わせることを含むことができる。医療デバイスの位置と予想される被検体の解剖学的構造との比較は、少なくとも１つの解剖学的位置マーカと、特定した光透過機構又は各光透過機構の位置及び／又は特定した医療デバイスの位置とを重ね合わせることを含むことができる。

プロセッサは、医用画像において少なくとも１つの解剖学的特徴を識別し、医療デバイスの位置と予想される被検体の解剖学的構造との比較に、識別された少なくとも１つの解剖学的特徴を使用するように構成することができる。少なくとも１つの解剖学的特徴の識別は、少なくとも１つの解剖学的特徴のセグメント化及び／又はラベリングを含むことができる。

独立して提供され得る更なる態様において、散乱媒質を通過したパルス光の受信した光子に対応する選択した信号に基づいて複数の発光領域のそれぞれの位置を表示するように、及び／又は複数の発光領域の位置を使用して特定した医療デバイスの経路を表示するように構成されているグラフィカルユーザインタフェースが提供される。

独立して提供され得る更なる態様において、散乱媒質内に少なくとも部分的に配置されるように構成されている医療デバイスであって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の受光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含む医療デバイスと、散乱媒質の外部にあり、パルス光を散乱媒質に伝達するように構成されているパルス光源と、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端に結合された少なくとも１つの検出器であって、散乱媒質を通過し、受光領域によって受光され、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って少なくとも１つの検出器に導かれたパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、選択した信号に基づいて受光領域のそれぞれの位置を特定し、特定した位置に基づいて医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定するように構成されているプロセッサとを含むシステムが提供される。

パルス光の散乱媒質への伝達は、散乱媒質に対する光源の位置を変えること、及び／又は光源から散乱媒質へのパルス光の入射位置を変えることを含むことができる。

独立して提供され得る更なる態様において、医療デバイスを形成する方法であって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を提供することと、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の発光領域を少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に形成することとを含む方法が提供される。

複数の発光領域の形成は、レーザ、例えば、フェムト秒レーザ又はＵＶレーザを使用することを含むことができる。複数の発光領域の形成は、ＵＶ光を使用することを含むことができる。複数の発光領域のそれぞれは、長周期ファイバブラッググレーティング、傾斜ファイバブラッググレーティング、コア損傷領域のうちの少なくとも１つを含むことができる。

異なる発光領域は、異なる波長の光を透過及び／又は散乱させるように形成することができる。

少なくとも１つの光ファイバは、単心光ファイバを含むことができる。発光領域の形成は、単心光ファイバのコアに沿って複数の発光領域を形成することを含むことができる。

少なくとも１つの光ファイバは、多心光ファイバを含むことができる。発光領域の形成は、多心光ファイバの複数のコアに発光領域を形成することを含むことができる。

独立して提供され得る更なる態様において、医療デバイスを形成する方法であって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を提供することと、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の受光領域を少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に形成することとを含む方法が提供される。

更なる態様において、ヒト又は動物被検体の体内に少なくとも部分的に配置されるように構成されている経腸管を含むシステムが提供される。経腸管は、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含むか又は少なくとも部分的に含み、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、少なくとも１つの発光領域を含む。システムは、パルス光が少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って発光領域に導かれ、発光領域によって被検体の体内に放出されるように、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端にパルス光を伝達するように構成されているパルス光源をさらに含む。システムは、さらに、被検体の体を通過したパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、選択した信号に基づいて発光領域又は各発光領域のそれぞれの位置を特定し、特定した１つ又は複数の位置に基づいて経腸管の位置を特定するように構成されているプロセッサとを含む。

光の放出を用いて経腸管の位置を特定することにより、誤配置の例を減らすことができる。臨床医は、経腸管が正しく配置されているか否かを判定できる可能性がある。経腸管の位置は、被検体に放射線を照射することなく特定することができる。

経腸管は、経鼻胃管を含むことができる。少なくとも１つの光ファイバは、経腸管の壁に一体化することができる。

少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路は、少なくとも部分的に経腸管の内腔に入れることができる。

発光領域又は各発光領域の位置の特定は、繰り返し行うことができる。発光領域又は各発光領域の位置の特定は、ヒト又は動物被検体の体に対して経腸管の少なくとも一部が移動している間に繰り返し行うことができる。

発光領域又は各発光領域の位置の特定は、経腸管に対して少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路が移動している間に繰り返し行うことができる。経腸管に対する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の移動は自動化され得る。経腸管に対する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の移動は、所定の増分で行うことができる。

プロセッサはさらに、特定した経腸管の位置を予想される被検体の解剖学的構造と比較するように構成することができる。プロセッサは、例えば、経腸管が正しく挿入されているか否かを判定するために、経時的に経腸管の位置を繰り返し特定し、特定した経腸管の位置を予測される解剖学的構造と繰り返し比較するように構成することができる。

添付図面を参照して実質的に本明細書に記載される方法、装置又はシステムを提供することができる。

一態様における特徴は、必要に応じて、他の任意の態様における特徴として提供され得る。例えば、方法の特徴は、装置の特徴として提供することができ、逆もまた同様である。一態様における任意の１つ又は複数の特徴は、他の任意の態様における任意の好適な１つ又は複数の特徴と組み合わせて提供することができる。

次に、本発明の実施形態を非限定的な例として本明細書で説明し、以下の図に示す。
一実施形態によるファイバ及び検出器のセットアップの概略図である。 一実施形態による医療デバイスの遠位端の概略図である。 一実施形態による変性ファイバの断面の概略図である。 一実施形態による変性多心ファイバの断面の概略図である。 肺に配置された試験プローブの時間に対する光子計数のプロットである。及び 胃内に置かれた試験プローブの時間に対する光子計数のプロットである。

一般に、状況によっては光が組織を通過し得ることを観察できる。例えば、手又は指に当てられた明るい白色のトーチは、手又は指の反対側の面で赤い輝きとして観察され得る。本発明の実施形態は、組織（又は他の任意の好適な散乱媒質）を通過する光を使用して、その組織（又は他の散乱媒質）の内部に配置されている医療デバイスの経路を特定する。

一実施形態による装置を図１に概略的に示す。装置は、医療デバイス１０と、光源１４と、検出器１６と、フィルタ１７と、レンズ１８と、プロセッサ２０とを含む。

光源１４は、医療デバイス１０の近位端に結合され、パルス光を医療デバイス１０に送達するように構成されている。本実施形態において、光源１４は狭帯域短パルスレーザである。

医療デバイス１０は、光源１４からの光を医療デバイス１０の遠位端に伝達するように構成されている。図１は、患者の肺１２の内部に配置された医療デバイス１０を示す。他の実施形態において、医療デバイス１０は、ヒト又は動物の体の異なる部分、例えば胃腸管又は尿路の内部に配置することができる。更なる実施形態において、医療デバイス１０は、任意の好適な散乱媒質内に配置することができる。散乱媒質は、例えば、組織、体、又は器官であり得る。散乱媒質は気体であることができる。散乱媒質は、液体、例えば、濁った液体であることができる。散乱媒質は、サンプルと呼ばれる場合があり、医療デバイス１０の少なくとも先端がサンプルの内部に配置される。

検出器１６（カメラと呼ばれる場合がある）は、患者の体外に配置される。検出器１６は、光子を受信し、受信した各光子に対応する電気信号を生成するように構成されている。本実施形態において、検出器１６は、複数の検出器素子を含む検出器アレイである。検出器１６は、時間分解単一光子イメージングシステムである。この場合、時間分解単一光子イメージングシステムは、ＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）の３２×３２アレイを含む。時間分解単一光子イメージングシステムは、時間相関単一光子計数（ＴＣＳＰＣ）により動作する。他の実施形態において、任意の好適な時間分解検出器を使用することができる。時間分解検出器は、低レベルの光を検出することができ、例えば単一光子を検出することができる時間分解検出器であることができる。時間分解検出器は、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）検出器又はストリークカメラを含むことができる。時間分解検出器は、ＣＣＤ検出器アレイを備えた時間ゲート高感度カメラ（ＩＣＣＤ）を含むことができる。時間分解検出器は、複数の光電子増倍管（ＰＭＴ）又は超伝導単一光子検出器を含むことができる。いくつかの実施形態において、複数の検出器１６を使用することができる。いくつかの実施形態において、単一素子検出器を走査光学系と組み合わせて使用して、画像を生成することができる。

本実施形態において、検出器１６は、患者の体に対して任意の好適な位置に配置することができるアーム（図示せず）に取り付けられる。他の実施形態において、検出器１６の任意の好適な取り付けを使用することができる。例えば、検出器１６は、医療デバイス１０を患者の内部に配置する処置が行われる部屋の天井、例えば病棟又は手術室の天井に取り付けることができる。いくつかの実施形態において、検出器１６は、臨床医、アシスタント又は他のユーザの頭部又は体に取り付けられて、臨床医、アシスタント又は他のユーザに直感的なフィードバックを提供することができる。

レンズ１８は、検出器１６と患者の体との間に配置される。検出器１６及びレンズ１８は、検出器１６が患者の体に焦点を合わせるように配置される。他の実施形態において、レンズ１８の代わりに別の集束コンポーネントを使用してもよく、又は集束コンポーネントを使用しなくてもよい。

フィルタ１７は、検出器１６の前に配置される。本実施形態において、フィルタ１７は、検出器１６とレンズ１８との間に配置される。本実施形態において、フィルタ１７は狭線通過フィルタである。フィルタ１７は、レーザ源１４のスペクトル帯域内にない光子を遮断するように構成されている。他の実施形態において、代替的なフィルタを使用してもよく、又はフィルタを使用しなくてもよい。

検出器１６は、検出器１６からの信号を受信して分析するように構成されているプロセッサ２０に接続される。プロセッサ２０は、任意の好適な処理デバイス、例えば、デスクトップＰＣ、ラップトップ又はモバイルデバイスなどのコンピューティングデバイスを含むことができる。本実施形態において、検出器１６及びプロセッサ２０は別個のコンポーネントであるが、他の実施形態において、検出器１６及びプロセッサ２０の機能を単一のコンポーネントに組み合わせることができる。検出器１６によって行われるものとして説明される機能は、プロセッサ２０によって行われてもよく、逆もまた同様である。

図２は、図１の医療デバイス１０の遠位端の概略図である。図２は簡略図であり、縮尺どおりに描かれていない。

図２の医療デバイス１０は、管とも呼ばれるカテーテル３０を含む。複数の光ファイバ３２は、それぞれカテーテル３０の内腔に個別に供給されて医療デバイス１０を形成する。光ファイバ３２のそれぞれは、各光ファイバ３２の遠位端がカテーテル３０に沿った異なる点で点状光源として機能するように、カテーテルの下方の異なる距離で終端している。光ファイバ３２の先端は、終端点、発光体、又は発光領域と説明することができる。

図２の実施形態において、光ファイバ３２の終端点間の間隔は、１ｃｍの均一な間隔である。他の実施形態において、ファイバの間隔は、デバイスの長さに沿ってより近くてもよい。更なる実施形態において、ファイバの終端点の間隔は均一でなくてもよい。例えば、デバイスの長さに沿った終端点の分布は、デバイスの先端に近づくにつれて密度が高くなることができる。

図２の実施形態において、個々のファイバは標準的な寸法を有する。個々のファイバは、約１０μｍのコア径及び約１２５μｍのクラッド径を有する。他の実施形態において、任意の好適なファイバ寸法を使用することができる。光ファイバは、ガラス又はプラスチックから形成することができる。

光ファイバ３２のそれぞれについて、光ファイバの端部は、局所的な光源として機能するとみなすことができる。光ファイバの端部は、パルス光の単一の点状光源として機能するとみなすことができる。光ファイバの数がＮである場合、図２の方法は、Ｎ個の点状光源の生成を可能にするとみなすことができる。Ｎ個の点状光源は、医療デバイス１０の長さの少なくとも一部に沿って分散している。いくつかの実施形態において、光ファイバの数Ｎは、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、又は少なくとも１００であることができる。

図２の実施形態において、光ファイバ３２の先端は、光を医療デバイス１０から外側に向けるように終端している。例えば、各光ファイバ３２の先端に散乱素子（図示せず）を配置することができ、かつ／又は光を医療デバイス１０から（例えば、医療デバイス１０の側面から）外側に向けるように光ファイバ３２の先端に角度を付けることができる。

他の実施形態において、光学ファイバは、束ねるか、さもなければパッケージングシースと呼ばれ得るシースに入れることができる。光ファイバはコーティングで被覆することができる。シース又はコーティングの材料は、医療デバイス１０から外に光を向けるために意図的に散乱性が高いことができる。

他の実施形態において、少なくとも１つの光ファイバを含む任意の医療デバイスを使用することができる。例えば、図３を参照して医療デバイスが単一の光ファイバを含む実施形態を後述し、図４を参照して光デバイスが多心光ファイバを含む実施形態を後述する。

再び図１及び図２の実施形態に戻る。動作において、光ファイバ３２の終端点のそれぞれから放出された光は、光ファイバの長さを追跡するために使用される。終端点は、医療デバイス１０の長さに沿って配置されるので、終端点の位置は、光ファイバの長さを追跡するために使用することができる。単一の点（例えば、先端）だけではなく、医療デバイス１０の延伸部分の位置を特定することも可能である。

時間相関単一光子計数（ＴＣＳＰＣ）を用いて散乱媒質中の発光体の位置を特定する方法は、Ｔａｎｎｅｒら（M. G. Tanner, T. R. Choudhary, T. H. Craven, B. Mills, M. Bradley, R. K. Henderson, K. Dhaliwal, and R. R. Thomson, "Ballistic and snake photon imaging for locating optical endomicroscopy fibres," Biomed. Opt. Express 8, 4077-4095 (2017)）に記載されており、以下に要約する。Ｔａｎｎｅｒらは、光ファイバの先端への点光の配置を記載している。以下に説明する方法は、ターナーらの配置方法を終端点のそれぞれに適用する。

光子通過計時は、例えば、L. Wang, P. P. Ho, C. Liu, G. Zhang, and R. R. Alfano, "Ballistic 2-d imaging through scattering walls using an ultrafast optical kerr gate.," Science 253, 769-71 (1991)、V. Ntziachristos, "Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology.," Nat. Methods 7, 603-614 (2010)、V. Gopal, S. Mujumdar, H. Ramachandran, and A. K. Sood, "Imaging in turbid media using quasi-ballistic photons," Opt. Commun. 170, 331-345 (1999)、及びA. Lyons, A. Boccolini, F. Tonolini, A. Repetti, Z. Chen, R. Henderson, Y. Wiaux, and D. Faccio, "Computational time-of-flight diffuse optical tomography," arXiv:1808.01135 (2018)にも記載されている。

医療デバイス１０は、例えば内視鏡処置の一部として、患者の肺１２に挿入される。他の実施形態において、医療デバイス１０は、任意の好適な解剖学的構造に挿入することができる。例えば、医療デバイスは、経腸栄養管の一部を形成することができ、食道に挿入することができる。

短パルス（本実施形態では、５００ピコ秒未満のパルス長及び２０ＭＨｚのパルス周波数を有する）狭帯域レーザ光は、光源１４によって光ファイバ３２のうちの第１の光ファイバに注入される。他の実施形態において、繰り返し可能な前縁を有する任意のパルス光を使用することができる。本実施形態において、レーザ光源１４の照射パワーは、組織内で安全であることが知られている数ｍＷである。レーザ源１４の波長は、組織内で低い散乱及び吸収を有する波長であるように選択することができる。

図２の実施形態において、個々の光源は、近位端から意のままにオン及びオフに切り替えることができる。

レーザ光は、数秒又は数分であり得る期間にわたって光ファイバ３２のうちの第１の光ファイバに注入される。レーザ光の各パルスは、光ファイバ３２の長さを通過し、光ファイバ３２の遠位先端から多数の光子（図１に光２２として示される）として放出される。光ファイバ１０の遠位先端から光のパルスが放出される時間は、ｔ＝０と表すことができる。光ファイバ３２の遠位先端から放出される光子のうち少数しか、体から漏れ出ることができない。光ファイバ３２から放出される光子の多くは、組織で吸収される。体から漏れ出る（したがって、検出器１６によって観察することができる）光子の大部分は、体の無秩序な組織構造から多くの散乱を受けている可能性がある。各光子が組織内を移動するのにかかる時間は、光子が組織内を移動している間に散乱した回数によって決まり得る。

組織を通過して体から出る光子は、弾道光子、蛇行光子、及び／又は高度に散乱した光子を含むことができる。

弾道光子は、実質的に散乱することなく直線状に散乱媒質を通過する光子であり得る。このような光子は、散乱媒質の原子と衝突していないか又はごく少数の散乱衝突しか受けていないとみなすことができる。弾道光子は実質的にコヒーレントであり得る。

わずかに散乱した光子は、蛇行光子と呼ばれることがある。蛇行光子は、組織内で少数の（弾道と表される光子よりも多い）散乱事象を経験したものの、依然として有用な位置情報を提供し得る光子であり得る。蛇行光子はある程度のコヒーレンスを保持することができる。蛇行光子は、弾道光子からわずかに遅れて到着することができる。

より大きな程度の散乱を経験する光子は、高度に散乱した光子、非常に散乱した光子又はランダムに散乱した光子と呼ばれることがある。

体から排出される光子は、弾道光子と、蛇行光子と、高度に散乱した光子とを含み得る。体から排出される光子の一部は、検出器１６の方向に進み、レンズ１８によって検出器１６に集束される。レーザ光源１４のスペクトル帯域内にない光子は、検出器１６の前の狭線通過フィルタ１７によって遮断することができる。弾道光子が最初に到着し、続いて蛇行光子が、続いて高度に散乱した光子が到着する。

実際には、検出器１６に到着する各パルスからの光子の数は非常に少ない可能性がある。特に、少数の弾道光子及び／又は蛇行光子しか各パルスから得られない。したがって、多数のパルスからの光子が検出器１６によって収集され、その結果が以下に説明するように合計される。

検出器１６は、検出された各光子を電気信号に変換する。本実施形態において、検出器１６は、始動停止モードにおいて時間相関単一光子計数（ＴＣＳＰＣ）によって動作する。電気的接続を介して光源１４と検出器１６との間に同期がある。レーザ光源１４が光のパルスを生成するとき、レーザ光源１４はまた電気パルスを検出器１６に送る。検出器１６は、電気パルスを受信すると、計時を開始する。検出器１６が光子を認めると（例えば、検出器アレイの検出器素子が光子を認めると）、検出器は計時を停止する。検出した光子を表す電気信号は、パルスの送信時間と光子が検出器１６に到着する時間との間の差を表す到着時間を含む。

他の実施形態において、検出器１６は、光子を検出したときに計時を開始し、次の電気パルスを受信したときに計時を停止する（逆始動停止モード）。パルス間の時間は既知であるので、到着時間を特定することができる。他の実施形態において、到着時間を特定する任意の好適な方法を使用することができる。

本実施形態において、検出した光子を表す電気信号は、位置も含む。位置は、３２×３２アレイのどのアレイ素子が光子を検出したかに基づいて特定される。

他の実施形態において、検出した各光子の到着時間及び／又は位置を特定する任意の好適な方法を使用することができる。各光子の到着時間及び／又は位置は、任意の好適な信号又は信号の組み合わせによって表すことができる。

電気信号はプロセッサ２０に送られる。各光子の到着時間はその対応するパルスの送信時間に対して特定されるので、多数のパルスにわたって結果を組み合わせることができる。プロセッサ２０は、ヒストグラム処理によって電気信号を組み合わせる。他の実施形態において、プロセッサ２０は、任意の好適な方法で電気信号を組み合わせることができる。更なる実施形態において、電気信号を検出器１６の回路内で組み合わせることができる。

プロセッサ２０は、本実施形態において５０ピコ秒の時間区間である時間区間内の光子到着を記録する。他の実施形態において、任意の好適な大きさの時間区間を使用することができる。プロセッサ２０は、特定した到着時間が所望の時間区間内、例えば第１の５０ピコ秒時間区間内にある電気信号を選択する。他の実施形態において、プロセッサは、任意の好適な１つ又は複数の時間閾値に依存して電気信号を選択することができる。選択した電気信号は、弾道光子のみ、又は弾道光子と蛇行光子の両方、又はより散乱した光子よりも早く検出器に到着する光子に対応することができる。

いくつかの実施形態において、プロセッサ２０は、特定した到着時間が１００ピコ秒以下、２００ピコ秒以下、又は５００ピコ秒以下である電気信号を選択することができる。他の実施形態において、プロセッサ２０は、特定した到着時間が１ナノ秒以下又は５ナノ秒以下である電気信号を選択することができる。他の実施形態において、プロセッサ２０は、異なる時間区間内の信号を比較することができる。例えば、プロセッサ２０は、第１の５０ピコ秒の時間区間内の信号を第２の５０ピコ秒の時間区間内の信号と比較することができる。プロセッサ２０は、第１の１００ピコ秒の時間区間内の信号を第２の１００ピコ秒の時間区間内の信号と比較することができる。プロセッサ２０は、例えば、１ナノ秒又は５ナノ秒の間隔にわたって５０ピコ秒の時間区間毎に信号を比較することによって、複数の時間区間内の信号を比較することができる。いくつかの実施形態において、複数の又は様々なタイミングウィンドウを使用することができる。

プロセッサ２０は、本実施形態では選択した時間区間内に入る信号である選択した信号から画像を形成する。本実施形態において、画像は、検出器アレイ１６の各要素に対して１つの画素を含む。検出器アレイ１６は３２×３２個の素子を含むので、形成される画像は３２×３２画素の画像である。画像内の各画素の強度は、選択した時間区間中に対応するアレイ素子が受信した、その時間区間内の到着時間を有する光子の数を表す。検出器アレイの各検出器素子は、検出器アレイに対して異なる角度起点を有する光を検出することができる。

プロセッサ２０は、選択した信号から形成された画像を処理することによって光ファイバ３２の先端の位置を特定する。本実施形態において、プロセッサ２０は、検出器アレイの各要素が受信した光子の数を表す各画像の画素の強度を用いて、光ファイバ３２の先端の位置を自動的に特定する。

受信した光子のそれぞれは、光子が放出された終端点に関する情報を提供する。本実施形態において、位置情報を特定する際に、光子の集合体の到着を考慮する。光子の集合体は、同じ時間区間及び／又は画素内にある光子のグループであることができる。受信した光子の集合体のそれぞれは、光子の集合体における光子が放出された終端点に関する位置情報を提供することができる。

画像から特定される位置は、ｘｙ平面と表すことができる、検出器アレイ１６の配向によって画定される平面内の位置である。いくつかの実施形態において、医療デバイス１０のｚ方向の位置は、検出器１６が受信した光子の飛行時間（例えば、弾道光子の飛行時間）を用いて検出器１６と医療デバイス１０の先端との間の距離を特定することによっても特定される。

次に、光ファイバ３２のうちの第２の光ファイバにレーザ光が注入され、第２の光ファイバ３２の先端の位置が上述のように特定される。光ファイバ３２へのレーザ光の注入及び光ファイバ３２の先端の位置の特定は、光ファイバ終端点のそれぞれに関する対応する位置が特定されるまで繰り返される。

本実施形態において、光ファイバ３２は個別に照明され、一度に１つの光ファイバ３２のみが照明される。他の実施形態において、複数の光ファイバ３２を照明することができる。いくつかの実施形態において、光ファイバ３２の全てが一度に照明される。

特定した終端点の位置は、医療デバイス１０の経路を特定するために使用される。医療デバイス１０の経路を特定することは、医療デバイス１０の長手方向寸法に沿った線又は他の細長い幾何学的構造を特定することを含むことができる。経路は、医療デバイス１０の一部、例えば、患者の体内に位置する部分について特定することができる。

医療デバイスの経路を特定することによって、臨床医は、医療デバイスが、例えば肺又は胃腸管に正しく配置されているか否かに関する情報を得ることができる。様々な医療用途を以下にさらに説明する。

任意の自動又は半自動方法を使用して、医療デバイス１０の経路を特定することができる。いくつかの実施形態において、終端点間の間隔及び／又は終端点の均一な間隔に関する知識が、経路の特定に使用される。例えば、透過光から得られる１つ又は複数の画像の処理は、予想される発光体間の間隔を考慮に入れることができる。

いくつかの実施形態において、医療デバイス１０が緩やかな湾曲を有する細長いデバイスであるという事前の知識により、高度な画像処理技術を使用してファイバ長の位置の正確な画像を再構成することができる。例えば、画像処理技術は、確率的アトラスに基づくアプローチ及び／又は制限された曲線適合の最適化を含み得る。

いくつかの実施形態において、任意の好適なコンピューティングデバイスを含むか又は任意の好適なコンピューティングデバイスの一部を形成することができるプロセッサ２０に、コンピュータプログラムがインストールされている。コンピュータプログラムは、終端点の位置を特定し、それにより医療デバイス１０の経路を特定するように構成され、プロセッサ２０にインストールされている。コンピュータプログラムは、受信した光子を表す電気信号を使用して、終端点の位置を特定するように構成されている。

コンピュータプログラムは、グラフィカルユーザインタフェースを表示するように構成することができる。グラフィカルユーザインタフェースは、表示画面に表示することができる。グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザ（例えば、臨床医）が、特定した終端点の位置及び／又は特定した医療デバイス１０の経路を見ることを可能にすることができる。終端点及び／又は経路を見ることによって、ユーザは、医療デバイス１０の位置に関する情報を得ることができる。グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザが情報、例えば、被検体、医療デバイス１０、又は行われている処置に関する情報を入力することを可能にすることができる。グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザが、終端点の位置及び／又はデバイスの経路を特定するために使用される方法を制御又は調整することを可能にすることができる。

図２を参照して上述した実施形態において、ファイバ３２は、カテーテル３０に個別に挿入される。他の実施形態において、ファイバは、管又はシースの内部にまとめてパッケージ化される。その後、管又はシースを医療器具（例えば、経腸管又は内視鏡）に挿入する。更なる実施形態において、医療器具は、パッケージ化されたファイバが適所に供給され、その後で配置後に引き抜かれる。例えば、いくつかの実施形態において、パッケージ化されたファイバは、最初にカテーテルのワーキングチャネル内に配置される。そのままにしておくと、パッケージ化されたファイバが通常の使用を妨げる可能性がある。したがって、パッケージ化されたファイバは、カテーテルが被検体の体内に配置された後で、かつカテーテルが使用される前に、カテーテルのワーキングチャネルから引き出される。同様の考察は、少なくとも１つの光ファイバが最初に医療器具内に配置され、その後で引き出されるあらゆる実施形態に適用され得る。

いくつかの実施形態において、カテーテルの医療用チューブはプラスチックで作られ、光ファイバは製造中に医療用チューブのプラスチックに一体化される。他の実施形態において、ファイバは、制御された先端間隔で一緒に束ねられ、コーティングされて、単一の複合ファイバ束を形成する。次いで、単一の複合ファイバ束を医療デバイス又は医療用チューブ内に配置する。いくつかの実施形態において、複合ファイバ束は、製造中に医療用チューブ又は医療デバイスのプラスチックに一体化される。

いくつかの実施形態において、医療用チューブは、２つのチャネルを含む。一方のチャネルは光ファイバを保持する。もう一方のチャネルは通常の作業（例えば、栄養補給、薬物送達及び／又はサンプル吸引）に使用される。

図２の実施形態において、個々の光ファイバが順次照明される。一部の実施形態において、個々のファイバは、光スイッチの使用によって順次照明される。光スイッチは、例えば、Federal Standard 1037C, Telecommunications: Glossary of Telecommunication Terms, August 7, 1996に記載されているように、光ファイバ内の信号を１つのファイバから別のファイバに選択的に切り替えることを可能にするスイッチであり得る。

一部の実施形態において、光ファイバは一緒に束ねられ、順次照明される。束ねられたファイバは、デジタルマイクロミラーデバイスからの制御された照明パターンによって順次照明することができる。

いくつかの実施形態において、図２の医療デバイス１０の全ての光ファイバ３２が同時に照明される。近位端の同時照明は、光ファイバ３２の遠位端における発光をもたらし、これは、最短の光ファイバ３２から最長の光ファイバ３２まで順番に発生し、ファイバの長さに沿った伝搬によって遅延する。

図２を参照して上述した方法は、Ｎ個のファイバを使用する。図２のＮ個のファイバは、まとめてパッケージ化され、臨床的に承認されたパッケージ内に注意深く配置される。

図３に示す更なる実施形態において、単一の光ファイバ４０が使用される。光ファイバ４０は、単一のコア４２を有する。光ファイバ４０のコア４２は、光をコアからクラッドに、そしてファイバの外へ結合するように特定の長さで改質されている。コアの改質部は、発光領域と呼ばれ得る。

図３の実施形態において、改質部の間隔は約１ｃｍである。

一組の改質部４６によるファイバの外への光４４の結合を図３に模式的に示す。

図３の実施形態において、改質部４６は、異なるスペクトル特性を有する構造を含む。異なるスペクトル特性を有する構造は、ファイバに沿って異なる場所に形成される。従って、コア４２の外への光４４の結合は波長に依存する。

図３の実施形態において、ファイバ内に形成される構造４６は、長周期ファイバブラッググレーティング（ＬＰＧ）である。他の実施形態において、構造４６は、傾斜ファイバブラッググレーティングである。更なる実施形態において、構造４６は、光を光ファイバのクラッドに結合する損傷線である。他の実施形態において、任意の好適なファイバ改質を使用することができる。

ファイバへの改質は、レーザ（例えば、フェムト秒レーザ又はＵＶレーザ）を用いて行うことができる。ファイバへの改質は、例えば、以下に記載される方法に従って行うことができる。Review of femtosecond infrared laser-induced fibre Bragg grating sensors made with a phase mask Stephen J. Mihailov, Dan Grobnic, Christopher W. Smelser, Robert B. Walker, Ping Lu and Huimin Ding Sensor Review 2011 31:4, 321-327、Donko, Y. Jung, Y. Wang, J. Hayes, S. Alam, G. Brambilla, D. Richardson, and M. Beresna, "Multicore Optical Fibre Components Fabricated Using a Femtosecond Laser Direct Writing," in Frontiers in Optics 2017, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2017), paper FW6A.3、又はH. S. Roufael, A. Quintela, M. Lomer, and J. Lopez-Higuera, "Stable at High Temperatures LPG’s Inscribed by a Femtosecond Fiber Laser," in Workshop on Specialty Optical Fibers and Their Applications, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper WT4A.19。他の実施形態において、任意の好適な方法を使用してファイバコアを改質することができる。

レーザ法は、コアを修正するためにファイバコアに焦点を合わせるようにファイバクラッドによってレーザ照射を集束させることを含むことができる。改質部は、コア材料による光吸収の非線形プロセスによるものであることができる。改質部は、波長依存の散乱特性（例えば、長周期ファイバブラッググレーティング（ＬＰＧ）又は傾斜ファイバブラッググレーティング）を有することができる。

ブラッググレーティングは、光を特定の方向に向けるように形成することができる。しかしながら、ブラッググレーティングに対する検出器１６の方向は、知られていない場合がある。散乱材料は、ブラッググレーティングと組み合わせて使用することができる。散乱材料の使用により、光を広範囲の角度にわたって放出させることができる。

いくつかの実施形態において、ファイバのクラッドは、意図的に高度に散乱させられ、ファイバクラッドから検出器１６に向かって光をさらに散乱させる。

使用中、光ファイバ４０の近位端にある光源１４は、ファイバに沿った異なる位置に点状光源を生成するように波長が調整される。光源１４は、任意の調整可能な光源、例えば調整可能なパルスレーザ、又はフィルタを備えたパルス白色光源（例えば、スーパーコンティニュームレーザ）を含むことができる。

異なる波長の光を注入することにより、改質部４６の異なるものから光が放出される。改質部４６から放出された光は、図１及び図２を参照して上述したように、改質部４６のそれぞれに関する対応する位置を特定するために使用することができる。

単一の光ファイバを使用することにより、ファイバをまとめてパッケージ化しかつ慎重に配置する必要性を低減又は排除することができる。医療デバイスの製造は、単一の光ファイバに複数の発光領域を設けることによって簡略化することができる。

更なる実施形態を図４に示す。図４の実施形態において、医療デバイスは、複数のコア５２を有する光ファイバ５０を含む。多心光ファイバ５０の個々のコア５２は、選択的に改質される。異なるコアは、ファイバの下方の異なる場所で改質される。各コアは、ファイバの１つ以上の場所で改質することができる。

近位端で異なるコアを励起することによってファイバの下方の異なる位置に点状光源を生成し、それにより改質部の異なるものを通して光を出力することができる。改質部を発光領域と呼ぶことができる。

各コアの改質は、任意の好適な方法によって行うことができる。例えば、各改質部は、ＬＰＧ、傾斜ＦＢＧ、又はコア固有の損傷を含むことができる。ファイバへの改質は、レーザ（例えば、フェムト秒又はＵＶ）を用いて行うことができる。フェムト秒レーザは、ファイバの断面を横切って特定のコアを意のままに改質する可能性を提供する。

ファイバのクラッドは、ファイバのクラッドから検出器に向かって光をさらに散乱させるために、意図的に高度に散乱させることもできる。

複数のコアの使用により、光源波長の調整の使用を回避することができる。コアの全てを照明するために同じ光源波長を使用することができる。

いくつかの実施形態において、多心ファイバ５０は、コア径よりも大きい間隔によって離間しているコア５２を含む。他の実施形態において、多心ファイバ５０は、密に間隔を置いて配置された高密度のコア５２、例えば、コア径と同等の間隔を有するコア５２を含む。

いくつかの実施形態において、改質は１つのコア５２を対象とする。他の実施形態において、改質はコア５２の領域を対象とする。いくつかの実施形態において、光ファイバ５０がレーザ改質システムの下を通過する間にコア５２を横切ってレーザ焦点を走査することによって改質が行われる。

多数コアのファイバを使用する場合、改質により、ファイバ長に沿って多数の改質箇所が生じる可能性がある。状況によっては、多数の改質箇所は一連の改質箇所を形成するとみなすことができる。

特定のコアの近位端における照明により、ファイバ長に沿った任意の場所で光の放出が生じ得る。

改質箇所から放出された光から形成された画像は、図１及び図２の実施形態を参照して上述したように形成及び処理することができる。

図１から図４を参照して上述した実施形態において、光は、患者の体内に配置された医療デバイスから放出され、患者の外に配置された検出器によって受信される。しかしながら、光が患者の外部の光源によって放出され、患者の内部の医療デバイスによって受信される、代替的な実施形態が存在する。

このような一実施形態において、短パルスレーザ源からの光は、患者の体を横切って走査される。例えば、光は、患者の胴の２次元領域を横切って走査され得る。医療デバイスは、患者の肺の内部に配置される。光源からの光の一部は、患者の組織を通過し、複数の受光領域を通って医療デバイスに到達する。受光領域は、上記のように光ファイバ先端及び／又は光ファイバ改質を含むことができる。

検出器は、医療デバイスの近位端（患者の外側にある端部）に結合される。検出器は、例えば、単一光子検出器であることができる。医療デバイスに到達した光子は検出器によって検出され、電気信号に変換される。光子の到着時間が記録される。また、各光子の位置は、光子が送信されたときの走査光源の位置から特定することができる。異なる発光領域から受信された光子は、例えば、光子が受信された光ファイバ及び／又は受信された光の波長により区別することができる。

弾道光子及び／又は蛇行光子及び／又は散乱光子の大部分の前に到着する光子に対応する信号は、例えば１つ又は複数の時間区間内の信号を時間ゲート制御又は選択することによって、選択することができる。選択した信号は、医療デバイスに伝達した光を用いて医療デバイスの経路を特定するために使用される、１つ以上の画像を形成するために使用することができる。状況によっては、暗闇で（すなわち、患者の内部で）光子を受信することが有益な場合がある。状況によっては、患者の内側から外側に光を透過させるのではなく、患者の外側から内側に光を透過させることにより、ノイズレベルを低減することができる。

上記の実施形態において、ヒトの患者の肺における医療デバイスの経路が特定される。しかし、適用可能性ははるかに広い。医療デバイスは、任意の好適な医療又は獣医学的用途において、任意のヒト又は動物の組織内に配置することができる。例えば、医療デバイスは、ヒト又は動物被検体の肺、上部胃腸管、下部胃腸管又は尿路に送達される内視鏡の一部であることができる。医療デバイスは、任意の好適な器官又は他の組織の内部に配置することができる。他の実施形態において、医療デバイスは、ヒト又は動物の組織を含まない散乱材料の内部に配置することができる。

いくつかの実施形態において、光ファイバから放出される（又は光ファイバを通して受信される）光を用いて光ファイバの位置を特定する方法は、多種多様な医療用途のいずれかにおける医療器具の位置を特定するために使用することができる。

位置が特定される光ファイバは、任意の好適な医療器具、例えば内視鏡又はカテーテル送達システムの一部であることができる。状況によっては、光ファイバは、医療器具の一部ではない場合があるが、医療器具の一部と同じ場所に配置することができる。例えば、光ファイバは、カテーテル内に又はガイドワイヤに沿って配置することができる。光ファイバは、任意の配置可能なデバイス、例えば、体内に埋め込まれるか又は他の方法で体内に送達される任意のデバイスと関連付けることができる。光ファイバの位置を特定することによって、医療器具の位置も特定することができる。一実施形態において、医療器具は、組織の切除又は修正のためのエネルギー源を含む。

体内に配置された医療器具の位置を特定することができる多くの医療用途がある。上述の方法は、任意の適切な医療用途で、例えば、訓練、内視鏡処置、ステントの配置又はカテーテルの配置に使用され得る。例えば、訓練において、内視鏡のファイバから放出される光を用いて内視鏡の位置を特定する方法は、訓練している人によって内視鏡が正しく配置されたか否かを判定するために使用することができる。

現在の臨床診療では、カテーテルなどの体内に配置されるデバイスの位置を特定するために、繰り返しＸ線が使用される場合がある。デバイスは、Ｘ線で見えるように、放射線不透過性材料でコーティングすることができる。繰り返しのＸ線検査は、患者をＸ線に曝す。代わりに、光に基づく方法を用いてデバイスの位置を特定することにより、放射線被曝を低減することができる。いくつかの実施形態において、発光を用いて特定したデバイス経路は、患者のＸ線画像と重ね合わせることができる。

状況によっては、検出器１６は、医療デバイスが患者の体内で動かされるときの医療デバイスの動きを示すことができる、医療デバイスのリアルタイムビデオを得るために使用することができる。リアルタイムビデオは、医療デバイスが配置されている場所のライブ映像を表示することを可能にし得る。リアルタイムビデオは、患者のＸ線照射なしに得ることができる。

放出された光を用いて位置を得ることにより、体内で行われる自動化された処置、例えばロボット処置の信頼性を高めることができる。これは、所望の位置に到達したことを確認するために使用することができる。組織サンプルを採取する処置において、サンプルが所望のサンプル位置から採取されることを確実にするために使用することができる。複数のサンプルを採取する処置において、複数のサンプルの間隔が望み通りであることを確実にするために使用することができる。

特定した医療デバイス１０の経路及び／又は特定した発光領域の位置は、医療デバイス１０が挿入される組織領域の医用画像に重ね合わせることができる。例えば、Ｘ線又はＣＴスキャンから得られた画像を表示することができ、特定した経路又は位置をＸ線又はＣＴスキャン画像に重ね合わせることができる。他の実施形態において、他のタイプの医用画像、例えば他のモダリティから得られた画像を使用することができる。

特定した経路及び／又は位置が重ね合わされる医用画像は、解剖学的情報を含むことができる。例えば、解剖学的構造は、医用画像において識別及び／又はセグメント化することができる。

図１から図４を参照して上述した装置及び方法、又はＴａｎｎｅｒらに記載される装置及び方法は、経鼻胃管及び経腸栄養管との関連で使用することができる。いくつかの実施形態において、動的時間相関単一光子イメージングは、既存のＮＧ管及び経腸栄養管に適用することができる。

いくつかの実施形態において、時間相関単一光子イメージングは、予想される個々の被検体の食道の解剖学的構造に従う経路でのカテーテルの動的な動きを観察するために使用される。

カテーテル（例えば、経鼻胃管）の被検体への挿入が開始される。パルス光は、カテーテルに挿入されるか、又はカテーテルの一部を形成する少なくとも１つの光ファイバに注入される。パルス光の検出は、カテーテルの位置を特定するために使用される。カテーテルの挿入が行われると、位置が繰り返し特定される。

例えば、単純な実施形態において、光は、カテーテル内の光ファイバの先端からのみ放出される。光が放出される点の位置が特定され、カテーテルの先端の位置を特定するために使用される。カテーテルが被検体内に挿入されると、カテーテルの先端はさらに被検体内に移動する。

他の実施形態において、光は、カテーテル内の少なくとも１つの光ファイバの複数の発光領域から放出され、複数の発光領域の位置が、カテーテルの経路を特定するために使用される。

カテーテルの経路は、カテーテルに沿った複数の発光領域の位置を特定することによって、及び／又はカテーテルが挿入されるときに経時的にカテーテルの１つ以上の発光領域の位置を繰り返し特定することによって特定することができる。

特定したカテーテルの位置は、予想される被検体の解剖学的構造と比較することができる。例えば、被検体は、任意の好適なイメージング方法を用いて予め画像化することができる。被検体の食道の経路は、以前のイメージングから得られたものであることができる。

上述のように、特定した医療デバイス１０の経路は、医用画像、例えば解剖学的特徴を示す写真画像に重ね合わせることができる。解剖学的ランドマークを、医用画像において識別することができる。解剖学的構造を、医用画像においてセグメント化することができる。特定した経路を画像中の解剖学的構造と比較することによって、カテーテルが正しく配置されているか否かを判定することができる。

特定したカテーテルの位置が予想される食道の経路と一致する場合、カテーテルが正しく挿入されていると判定することができる。カテーテルを繰り返し特定することにより、使用者はカテーテルの動的な動きを観察することができる。

ほとんどの人において、食道の経路は中咽頭から垂直になることが予想される。食道の短い部分が胸骨の後ろにある。発光体が食道の胸骨の後ろにある部分に配置されている場合、高密度の骨の存在によって更なる散乱が起こり得ることが予想される場合がある。検出器が受け取る光の散乱特性は、発光体が食道の胸骨の後ろにある部分に配置されているときと、発光体が食道の他の場所に配置されているときとで異なり得る。

カテーテルの先端が上腹部において食道から出ることが意図される。カテーテルの先端が食道から出る理想的な位置は、幽門平面より下にあると考えられる。

したがって、光ファイバの先端（又は、他の実施形態において、特定した経路長の端部）における発光体の最終的に特定した位置は、上腹部内にあり、理想的には、幽門平面の下にあると予想され得る。

食道の経路（したがって、食道に挿入されているカテーテルの経路）は、第４肋間腔周囲に有意な横方向の軸ずれを含まないことが予想される。一部の例では、有意な横方向の軸ずれは、１０°を超えるずれと定義され得る。

第４肋間腔周囲の有意な横方向の軸ずれは、気管分岐部及びカテーテルが右又は左の主気管支（通常、胸骨角と一致する第４胸椎の高さにあるが、呼吸により椎骨２つまで高くなるか低くなる場合がある）に入っていることを示している可能性がある。

挿入されたカテーテル（例えば、挿入された経鼻胃管）の経路を特定することで、曖昧さを避けることができる。カテーテルを胃に配置しようとしたときにカテーテルが誤って肺に配置された場合、誤って配置されたカテーテルの最終的な先端位置は、胃の正しい位置に非常に近い可能性がある。しかしながら、経路を特定することで、カテーテルが間違った経路に、例えば気道を通って肺に挿入されたことを示すことができる。カテーテルの経路が実質的に一直線であれば、肺の左又は右の主気管支に曲がりが生じておらず、カテーテルが食道を真っ直ぐ下に進んでいることが明らかであろう。

上述した実施形態において、光は、経路を動的に観察するためにカテーテル先端から放出される。

他の実施形態において、カテーテルの長さに沿った点は、カテーテルの長さに沿った複数の別個の点から（例えば、図１から図４を参照して上述した複数の発光領域で）放出される光と同時に撮像される。更なる実施形態において、光は、カテーテルの長さに沿って均一に放出される。

いくつかの実施形態において、内蔵の光ファイバ（又は光ファイバのグループ）がカテーテルの壁に収容されている。光ファイバは、ガラス又はプラスチックから形成することができる。

他の実施形態において、１つ以上の光ファイバがカテーテルに供給される。光ファイバ又は複数の光ファイバは、ガラス又はプラスチックで形成することができる。

いくつかの実施形態において、光ファイバは、カテーテルの経路をプロットするために、特定の既知の増分ステップでカテーテルに供給される。光ファイバは、カテーテルがその場所に、例えば患者の食道内にある間に、カテーテルに供給することができる。既知のステップでの光ファイバの供給は、例えば、カテーテルの頂部に配置された較正された電動固定具を用いて行うことができる。

各ステップにおいて、光ファイバの先端から放出される光を用いて、光ファイバの先端の位置が特定される。特定した様々な先端位置が、カテーテルの経路を特定するために上述のように使用される。

イメージングは動的であることができる。イメージングは、経腸栄養管の経路及び先端に外部の解剖学的マーカをデジタル的に重ね合わせることができるように取り込むことができる。外部の解剖学的位置マーカは、例えば、乳頭、臍、胴、胸骨、上腹部のうちの少なくとも１つを含むことができる。

解剖学的な三角形分割は、デジタル的に生成された画像に使用することができる。限られた数の既知の解剖学的特徴（例えば、解剖学的ランドマーク又は外部の解剖学的位置マーカ）を用いて、画像内の解剖学的構造にラベリングすることができる。

光の１つ又は複数の点のイメージング及びカテーテルの位置の特定は、必要に応じて何度でも行うことができる。上述の方法の使用は、配置されたカテーテルの近位の引き抜き及びその場所での再配置を可能にし得る。例えば、パルス光は、引き抜かれている及び／又は再配置されているカテーテルの１つ以上の光ファイバに注入ることができる。現在使用されているいくつかの方法は、引き抜き及び／又は再配置中にカテーテルの位置を特定することができない可能性がある。例えば、結果として生じる電離放射線への曝露が許容できない可能性があるため、再配置中にＸ線による従来の医療デバイスの位置特定を連続的に又は繰り返し行うことができない場合がある。

上述の実施形態は、ＮＧ管の挿入及びモニタリング、例えば毎日の栄養補給前のモニタリングに使用される方法を説明することができる。挿入時にＮＧ管の位置を確認することができる。管の位置は、栄養補給を行う前に毎回確認することができる。

他の実施形態において、前もって準備された解剖学的検討及び外部の重ね合わせを用いて、あらゆる経腸栄養又はカテーテルの解決策に対して同様のアプローチを取ることができる。例えば、この方法は、気管内チューブを挿入し、気管内チューブが動かないことを確実にするために使用することができる。この方法は、新生児に臍静脈カテーテルを配置するために使用することができる。この方法は、中心静脈ラインを配置するために使用することができる。

上述の方法及びシステムは、誤って配置される経腸栄養管、特に経鼻胃（ＮＧ）管の減少に寄与することができる。

記載された方法は、例えば、虚弱な患者に特に関連するかもしれない。虚弱な患者のＸ線検査は困難な場合がある。患者を適切な場所に配置するのは困難な場合がある。記載された方法は、例えば小児において、電離放射線の使用を避けるべき場合に関連し得る。

状況によっては、例えば挿入が困難であるために、経鼻胃管を再挿入することが望ましくない場合がある。記載された方法は、例えば胃腸管への手術後に、ＮＧ管の位置が変わっていないことを確認するために使用することができる。

上述の実施形態において、少なくとも１つの光ファイバの少なくとも１つの発光領域が、医療デバイスの位置又は経路を特定するために使用される。他の実施形態において、光ファイバ又は各光ファイバは、任意の好適な導波路に置き換えることができる。導波路は、光を導くように構成されている任意の好適な細長い構造を含むことができる。導波路は可撓性であることができる。例えば、導波路は、医療デバイスの屈曲に伴って屈曲するように、かつ／又は医療デバイスのチャネルを通ってナビゲートするように構成することができる。

次に、図５及び図６を参照して関連するサイズのモデルにおける肺及び胃からの光子透過の例を説明する。図５及び図６は、ブタの死体（豚の死体）全体に配置されたデバイスから透過した光の時間分解光子検出を示すプロットである。

光ファイバ一体型試験プローブをブタの死体内に配置する。光ファイバ一体型試験プローブは、上記のような１つ以上の発光領域を有する光ファイバデバイスを含む。図示の実施例では、光ファイバ一体型試験プローブは、単一デバイスとしてパッケージ化された１つ以上の個別の光ファイバを含む。１ｍｍのプラスチックシースに１つ以上の２００μｍのコアファイバが入っている。１つのシースに５本までのファイバを配置した。プラスチックシースは、ＰＴＦＥ又はＰｅｂａｘ（ポリエーテルブロックアミド）から形成することができる。実施形態では、はるかに小さいファイバを使用することができると予想される。

各ファイバの遠位端は、全ての方向に実質的に均一な光の放出を生じるようにコーティングで被覆される。本実施例では、コーティングは、エポキシ接着剤と混合された酸化チタン粉末を含む。

複数のファイバは、ファイバの端部の位置が試験プローブの長さに沿って１ｃｍ間隔で離間するように配置することができる。他の実施例では、ファイバは４ｃｍまでの間隔で配置することができる。

光ファイバ一体型試験プローブは、気管支鏡を通してブタの死体の肺に意図的に配置される。光ファイバ一体型試験プローブは、栄養管の誤配置を模倣するために肺に配置される。上記のように、挿入時に栄養管が誤って配置されると、肺に入ることがある。

ＣＴスキャナを使用して、光ファイバ一体型試験プローブを配置したブタの死体の画像を提供し、肺でのデバイスの位置を確認する。

パルス光は、光ファイバ一体型試験プローブの近位端に伝達される。図示の実施例では、パルス光源はレーザ光源である。８０ＭＨｚのレーザ繰返し率を使用し、１２．５ナノ秒の測定窓を提供する。使用されるパルスは、１ナノ秒未満又は１００ピコ秒未満の持続時間のものである。電力は１０ｍＷ未満又は１ｍＷ未満である。

光は、それぞれの別個のファイバを順番に個別に照明することにより、１つ以上の発光領域から順次放出される。光子がブタの死体の組織から出ることが観察される。組織から出る光子を検出及び分析して、光ファイバ一体型試験プローブの位置を提供する。

図５は、肺に配置された光ファイバ一体型試験プローブから透過した光の時間分解光子検出を示しており、光子は、ブタの死体の組織構造を通って死体の外側に移動したものである。図５は、複数の画像画素のそれぞれに関する正規化された光子計数（図５のプロットの複数の灰色の線６０）を示す。図５の各線６０は、それぞれの画像画素での光子到着タイミングの記録を表すとみなすことができる。検出器の画像画素の１つでの光子到着タイミングの例が、図５の線６２として黒で強調表示されている。

光ファイバ一体型試験プローブは、経鼻胃管を通してブタの死体の胃に意図的に配置することもできる。光ファイバ一体型試験プローブは、栄養管の正しい配置を模倣するために胃に配置される。

ＣＴスキャナを使用して、光ファイバ一体型試験プローブを配置したブタの死体の画像を提供し、胃でのデバイスの位置を確認する。パルス光は、光ファイバ一体型試験プローブが肺に配置されている例について上述したような光源及びパラメータを使用して、光ファイバ一体型試験プローブの近位端に伝達される。光は、それぞれの別個のファイバを順番に個別に照明することにより、１つ以上の発光領域から順次放出される。光子が組織から出ることが観察される。組織から出る光子を検出及び分析して、光ファイバ一体型試験プローブの位置を提供する。

図６は、胃に配置された光ファイバ一体型試験プローブから透過した光の時間分解光子検出を示しており、光子は、ブタの死体の組織構造を通って死体の外側に移動したものである。図６は、複数の画像画素のそれぞれに関する正規化された光子計数（図６のプロットの複数の灰色の線７０）を示す。図５の各線７０は、それぞれの画像画素での光子到着タイミングの記録を表すとみなすことができる。検出器の画像画素の１つでの光子到着タイミングの例が、図６の線７２として黒で強調表示されている。

光ファイバ一体型試験プローブが胃に配置されたときの検出器画素全体の光子到着タイミング（図６）が、光ファイバ一体型試験プローブが肺に配置されたときの検出器画素全体の光子到着タイミング（図５）と異なることが分かるであろう。光子到着タイミングは、光ファイバ一体型試験プローブの異なる配置を識別するために使用することができる。

特定の実施形態が上述されているが、任意の実施形態の特徴は、任意の他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。例えば、光が医療デバイスから伝達される実施形態の特徴は、光が医療デバイスによって受信される実施形態の特徴と組み合わせることができる。記載された様々な医療デバイスのいずれかの特徴を組み合わせることができる。経腸管との関連で記載されている特徴は、他のあらゆる解剖学的構造に適用することができる（逆もまた同様である）。

本発明は、純粋に例として上述したものであり、詳細の変更を本発明の範囲内で行うことができることが理解され得る。

明細書及び（必要に応じて）特許請求の範囲及び図面に開示されているそれぞれの特徴は、独立して又は適切な組み合わせで提供することができる。

Claims (22)

1. システムであって、
   少なくとも部分的に散乱媒質内に配置されるように構成されている医療デバイスであって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の発光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含む医療デバイスと、
   パルス光が前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って前記発光領域に導かれ、前記発光領域によって前記散乱媒質に放出されるように、パルス光を前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端に伝達するように構成されているパルス光源と、
   散乱媒質を通過したパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、
   受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、
   選択した信号に基づいて前記発光領域のそれぞれの対応する位置を特定し、
   特定した位置に基づいて前記医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定するように構成されているプロセッサと
   を含むシステム。
2. 前記信号の選択は、前記少なくとも１つの検出器における前記受信した光子の到着時間に基づく、請求項１に記載のシステム。
3. 前記信号の選択は、時間間隔内に到着時間を有する信号を選択することを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記信号の選択は、
   第１の時間間隔内に到着時間を有する第１組の信号を選択することと、
   第２の時間間隔内に到着時間を有する第２組の信号を選択することと、
   前記第１組の信号と前記第２組の信号を比較することと
   を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記選択した信号に基づく前記発光領域のそれぞれの位置の特定は、前記選択した信号を用いて少なくとも１つの画像を形成することと、前記少なくとも１つの画像に基づいて前記発光領域のそれぞれの位置を特定することとを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの画像は、前記発光領域のそれぞれに関する対応する画像を含み、各発光領域の位置の特定は、その発光領域に関する画像に基づく、請求項５に記載のシステム。
7. 前記医療デバイスの少なくとも一部の経路の特定は、予想される前記医療デバイスの形状及び／又は予想される前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の形状を用いる、形状に基づく画像処理技術を適用することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記散乱媒質は、ヒト又は動物被検体の体の少なくとも一部を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記プロセッサはさらに、特定した前記医療デバイスの位置を予想される前記ヒト又は動物被検体の解剖学的構造と比較するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記医療デバイスの位置と予想される前記被検体の解剖学的構造との比較は、前記被検体の食道、前記被検体の気管支、前記被検体の幽門平面、前記被検体の肋間腔、前記被検体の椎骨のうちの少なくとも１つに対する前記医療デバイスの位置を特定することを含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記発光領域は、前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の少なくとも一部の長さに沿って規則的に間隔を置いて配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの光ファイバは複数の光ファイバを含み、前記発光領域のそれぞれは前記複数の光ファイバの対応する１つの先端を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記発光領域のそれぞれは、異なる波長の光を透過及び／又は散乱させるように構成されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記発光領域のそれぞれは、長周期ファイバブラッググレーティング、傾斜ファイバブラッググレーティング、コア損傷領域のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記パルス光の前記散乱媒質への伝達は、前記発光領域のそれぞれを順番に個別に照明することを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記医療デバイスは内視鏡を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記医療デバイスは管を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記光ファイバ又は他の導波路は、前記管の内腔に配置されている、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記光ファイバ又は他の導波路は、前記管の管材料に一体化されている、請求項１７に記載のシステム。
20. システムであって、
    少なくとも部分的に散乱媒質内に配置されるように構成されている医療デバイスであって、少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の長さの少なくとも一部に沿って配置された複数の受光領域を有する少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含む医療デバイスと、
    前記散乱媒質の外部に配置され、パルス光を前記散乱媒質に伝達するように構成されているパルス光源と、
    前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端に結合された少なくとも１つの検出器であって、前記散乱媒質を通過し、前記受光領域によって受光され、前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って少なくとも１つの検出器に導かれたパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、
    受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、選択した信号に基づいて前記受光領域のそれぞれの対応する位置を特定し、特定した位置に基づいて医療デバイスの少なくとも一部の経路を特定するように構成されているプロセッサと
    を含むシステム。
21. 前記パルス光の前記散乱媒質への伝達は、前記散乱媒質に対する前記光源の位置を変えること、及び／又は前記光源から前記散乱媒質への前記パルス光の入射位置を変えることを含む、請求項２０に記載のシステム。
22. システムであって、
    ヒト又は動物被検体の体内に少なくとも部分的に配置されるように構成されている経腸管であって少なくとも１つの発光領域を含む少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路を含むか又は少なくとも部分的に含む経腸管と、
    パルス光が前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路に沿って前記発光領域に導かれ、前記発光領域によって前記被検体の体内に放出されるように、前記少なくとも１つの光ファイバ又は他の導波路の近位端にパルス光を伝達するように構成されているパルス光源と、
    前記被検体の体を通過したパルス光の光子を受信するように構成されている少なくとも１つの検出器と、
    受信した光子の少なくとも一部に対応する信号を選択し、
    選択した信号に基づいて前記発光領域又は各発光領域の位置を特定し、
    特定した位置に基づいて前記経腸管の位置を特定するように構成されているプロセッサと
    を含むシステム。

Images