JP2011500173A

JP2011500173A - 管腔解剖構造の光学イメージングのためのシステムおよびプロセス

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Publication number: JP2011500173A
Application number: JP2010529142A
Authority: JP
Inventors: スーター，メリッサ，ジェイ．; ティアニー，ギレルモ，ジェイ．; バウマ，ブレット，ユージン
Original assignee: ザジェネラルホスピタルコーポレイション
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2011-01-06
Also published as: EP2207469A4; EP2207469A2; WO2009049296A3; WO2009049296A2; US20090131801A1

Abstract

管腔または中空の試料にある少なくとも一部分についてデータを得るための器具の例示的な実施形態が提供され得る。例えば例示的な器具は、少なくとも１つの電磁放射を一部分におよび一部分から送受信するように構成された第１の光学アレンジメントを含んでいる。第２のアレンジメントは第１のアレンジメントを部分的に包含できるように設けられてもよい。少なくとも１つの第３のアレンジメントは作動して、少なくとも一部分では第２のアレンジメントの周囲を超えて拡張するように構成されるように設けられてもよい。そのような例示的な第３のアレンジメントは、第３のアレンジメントを通って流体の流れおよび／またはガスの流れを促進するように構造される。さらに、第４のアレンジメントは（ｉ）第３のアレンジメントの特定数を作動させるように、且つ／または（ｉ）第３のアレンジメントの少なくとも２つの外側部分の間の間隔を調整するように構成できるように設けられてもよい。一例示的な実施形態によれば、第３のアレンジメントは複数の第３のアレンジメントであり得る。

Description

本発明は、２００７年１０月１２日に出願された米国仮出願番号第６０／９７９,７４８に関し、その開示される全ての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は通常、可変直径ルーメンまたは管腔器官の光学イメージングのためのシステムおよびプロセスであり、より詳細には、例えば肺気道の光学イメージングのための器具およびプロセスの例示的な実施形態に関する。

肺がんは、西側先進国で現在のところ５年生存する率が１５％以下である、がんに関係した死亡を引き起こす原因となっている（Jemal A, Siegel R, Ward E, Murray T, Xu
J, Thun MJ. Cancer Statistics, 2007, CA:A Cancer
Journal for Clinicians 2007;57:43-66を参照されたい）。

アメリカ合衆国だけでも、肺がんは全てのがんに関係した死亡の、約２９％もの原因となっており、年間およそ１６０,０００人が亡くなっており、乳がん、結腸直腸がん、および前立腺がんを併せた数よりも多い（Jemal A, Siegel R, Ward E, Murray T, Xu
J, Thun MJ Cancer Statistics, 2007, CA:A Cancer
Journal for Clinicians 2007;57:43-66, および Society AC, Cancer Facts & Figures 2007, American Cancer Society.
Atlanta, 2007参照をされたい)。加えて、全ての肺がんの３０％を占める扁平上皮がん（ＳＣＣ）、または類表皮がん( Travis WD, Travis LB, S. S. D. Lung Cancer. Cancer 1995;75:191-202を参照されたい)が最も致命的である。ＳＣＣの発生は、長年にわたり段階的に進行し、通常は主に葉気管支または区気管支で発生している（同文献を参照されたい）。喫煙がＳＣＣの第一原因であり、病変は、多病巣性に発生し、領域発がんと称される（Kerr KM, Pulmonary preinvasive neplasia, Journal of Clinical Pathology 2001;54:257-271を参照されたい）。

初期段階は、線毛性の円柱上皮の減少、基底細胞の過形成、および繊毛のない立方上皮の発生によって特徴づけられ得る（同文献を参照されたい）。疾病進行は通常、扁平上皮化生を続け、その後、異形成、上皮内がんといった種々の段階へと続き、そして最終的に浸潤がんへと到る（同文献を参照されたい）。疾病発生の初期段階では、病変の厚さは数個の細胞が積み重なった深さ程度だろうし（例えば約０．２ｍｍ乃至１ｍｍ、Hirsch
FR, Franklin WA, Gazdar AF, Bunn PA Early detection
of lung cancer: clinical perspectives of recent advances in biology and
radiology Clinical Cancer Research 2001;7:5-22を参照されたい）、従来の気管支鏡検査では直ちに明らかにはならないであろうし（Feller-Kopman D, Lunn
W, Ernst A. Autofluorescence bronchoscopy
and endobronchial ultrasound: a practical review,
Annals of Thoracic Surgery 2005;80:2395-2401を参照されたい）、従って検出および診断の取り組みが行われている。

肺がんの検出のため、うまくスクリーニングする規範を発展させることが特に試みられてきたが、今日までおそらく未だに広範に受け入れられ、且つ有効な手段は存在しない。病変は通常Ｘ線写真上では肉眼で発見できないため、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）および典型的なＸ線画像ではＳＣＣは早期に検出されない。ＣＴは優位に肺の末梢性腺がんを検出できる。肺のＳＣＣに伴う有病率および高い死亡率、任意に広範に受け入れられるスクリーニングも不足しており、最終的には患者の死亡を減少させるであろう新規のイメージングの規範となるための調査器具が、必要性の高さを浮き彫りにしている。

光コヒーレンストモグラフィー
光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）は、組織学的な構造（例えばおおよそ＜１０μｍ）と比較可能な分解能において、組織の断層画像を提供する非接触光学イメージング手段である。ＯＣＴの一概念は、生物組織において表面構造に反射させて深さ情報を生成するため、供給源の遅延を測定する超音波の概念と類似している。しかし、超音波と異なり、ＯＣＴでは広帯域の光源が使用でき、組織での高速な光伝播により、光反射率は低コヒーレンス干渉法を使用して測定され得る。広帯域の光源は参照アームおよびサンプルアームの２つのアームに分離され得る。各アームにより移動した光の光路長は、各チャネルの形態と干渉パターンとから組み合わせた同一の光である。従って、１つの深さのプロファイルを構築するため、参照アームリフレクタは参照アームの効果的に変化する光の長さを変えることができ、それ故組織で測定されたシグナルの侵入深さを変えることができる。続いて三次元画像は、それぞれの深さプロファイルの二次元アレイを構成し得る。ＯＣＴは内在性の対照を信頼した非接触イメージング技術である点において優位であり得、変換媒体を必要としないだろう。

確かに初期のｅｘ
ｖｉｖｏ研究は、気管支の症状の診断において、光学コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）を使用することを考慮して実施されてきた（Yang Y, Whiteman SC, van Pittius DG, He Y, Wang
RK, Spiteri MA, Use of optical coherence tomography
in delineating airways microstructure:comparison of
OCT images to histpathological sections, Physics in
Medicine and Biology 2004;49:1247-1255, Ikeda N, Hayashi A, Iwasaki K, Tsuboi M, Usuda J, Kato H,
Comprehensive diagnostic bronchoscopy of central type
early stage lung cancer, Lung Cancer 2007;56:295-302, Tsuboi
M, Hayashi A, Ikeda N, Honda H, Kato Y, Ichinose S, et al , Optical coherence
tomography in the diagnosis of bronchial lesions, Lung Cancer 2005;49:387-394, および Whiteman SC, Yang Y, van Pittius DG, Stephens M, Parmer J, Spiteri
MA, Optical coherence tomography: real-time imaging of bronchial airways
microstructure and detection of inflammatory/neoplastic
morphologic changes, Clinical Cancer Research 2006;12:813-818を参照されたい）。こうした研究は、実際ＯＣＴが肺組織を可視化し、且つ、評価するために使用でき得ることを実証してきた。しかしそのような研究は、一般に概念を実証するための小さな実験に限られており、発展するような決定的な判断基準を備えていない。加えて、内視鏡ＯＣＴはまた、原理を証明する限定されたヒトでのｉｎｖｉｖｏ研究で気管支粘膜を調べるために使用されてきた（Tsuboi M, Hayashi A, Ikeda N, Honda H,
Kato Y, Ichinose S, et al , Optical coherence tomography in the diagnosis of
bronchial lesions, Lung Cancer 2005;49:387-394を参照されたい）。

ＳＣＣおよびその前駆体はしばしば多巣性であり、主たる気道の至るところで発症しかねない。そのため、この疾病を評価する診断器具、システムおよび／または方法は長い気管支の区域を臨床的に実行可能な手順時間内に調べることができなければならない（例えば約１分乃至５分）。ＯＣＴは肺気道をイメージングするいくらかの見込みも示しているが、相対的にスピードの遅さが邪魔をして、臨床的に有益となる十分な広域をスクリーニングできない。さらに、第二世代のＯＣＴ技術である周波数領域イメージング（ＯＦＤＩ）が発展してきた（Yun SH, Tearney
GJ, de Boer JF, Iftimia N, Bouma
BE, High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express 2003;11:2953-2963を参照されたい）。ＯＦＤＩの利点の１つによれば、この技術／手段は、従来のＯＣＴよりも１００倍速いであろう率で画像を提供できる。それゆえ、ＯＦＤＩは、気道支鏡検査の手段で求められる時間に適合する方法で気管支樹のスクリーニングに使用できる。上気道の容積イメージングは、ＳＣＣを伴った患者のスクリーニングおよび扱いに関係するいくらかのジレンマを解決できる。

肺気道の扁平上皮がんを検出および診断するシステムおよびプロセスは、病変の進行が悪性の浸潤がんになる前に、前がん病変を検出し且つ処置するのに必要であろう。ＯＣＴを介した早期の検出およびその結果の処置により、結果として疾病に伴う死亡率を引き下げることにつなげられる。肺気道のＯＣＴイメージングは台頭し始めた分野である。新技術における気管支粘膜のイメージングが実証されてきたが、今日まで完全に可能なものには至っていないようである。

実際、先に記載した欠失していることの少なくともいくつかを克服する必要があるだろう。

本発明の例示的な実施形態の一目的は、従来の器具のいくつかの欠失および弱点を克服すること、並びに肺気道の光学イメージングのための器具およびプロセスの例示的な実施形態を提供することである。

例えば、少なくとも１つの管腔または中空の試料にある、少なくとも一部分のデータを得るための器具の例示的な実施形態を提供することができる。例えば、例示的な器具は、一部分への、および一部分からの少なくとも１つの電磁放射を送受信するように構成された第１の光学アレンジメントを含むことができる。第２のアレンジメントは少なくとも部分的に第一の光学アレンジメントを包含することができるように設けられてもよい。少なくとも１つの第３のアレンジメントが設けられてもよく、作動して少なくとも部分的に第二アレンジメントの周囲を超えて大きく拡張するように構成されている。そのような例示的な第３のアレンジメントは、液体の流れおよび／またはガスの流れが第三のアレンジメントを介して促進されるように構成することができる。さらに、第４のアレンジメントが設けられてもよく、（ｉ）第３のアレンジメントの特定数を作動させるように、且つ／または（ｉｉ）第３のアレンジメントの少なくとも２つの外側部分の間の間隔を調整するように構成することもできる。一例示的な実施形態によれば、第３のアレンジメントは複数の第３のアレンジメントであり得る。

一例示的な変形によれば、第３のアレンジメントはワイヤーアレンジメントおよび／またはプラスチックアレンジメントにすることもできる。そのようなワイヤーアレンジメントは、少なくとも１つのワイヤーストランドおよび／またはケージを有してもよい。さらに、第３のアレンジメントはバルーンアレンジメントを含んでもよい。さらに、第３のアレンジメントは、おおよそ円形または楕円形の外側周囲を有することができ、例えば、第３のアレンジメントの外周は第４のアレンジメントにより調節可能であってもよい。加えて、第４のアレンジメントは、第３のアレンジメントの特定数を作動させることができる。第３のアレンジメントは少なくとも１つの所定の間隔で、互いに離れて空間を設けてもよい。所定の間隔は、第３のアレンジメントの各々が完全に折り畳まれると、第３のアレンジメントの各々の外周部分が実質的に、互いに重ならないように設けることができる。第３のアレンジメントは作動して拡張し、少なくとも１つの管腔および／または中空の試料にある複数の部分に関係するように構成することができる。

本発明のさらに別の例示的実施形態では、第３のアレンジメントは第２のアレンジメントに静的に連結することができ、且つ第３のアレンジメントはその少なくとも１つの部分の形を変えることができる。第３のアレンジメントはそれ自体の形を変えることにより間隔をおよび／または互いに関する第４のアレンジメントを調整することができる。さらに、少なくとも部分的に拡張した状態では、第３のアレンジメントはおおよそ円錐形状を有することができる。一部分は患者の気道内におくことができ、且つ第３のアレンジメントは気道に挿入可能に構成されてもよい。

本発明のさらに例示的な実施形態によれば、間隔は、少なくとも１つの第３のアレンジメントの外側周囲の半径とすることができる。第４のアレンジメントを実質的に囲む、第５のアレンジメントを設けることもできる。例えば第５のアレンジメントは、内視鏡、腹腔鏡、気管支鏡、膀胱鏡、および／またはガイドカテーテルでもよい。

請求項１６に係る器具では、第３のアレンジメントは拡張するよう作動されて、少なくとも１つの管腔または中空のサンプル内の複数部分に関係するように構成される。

本発明の別の特徴および利点は、添付の請求項の範囲とともに組み込まれ、以下の発明の実施形態の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

本発明のさらなる目的、特徴、および利点は、本発明の例示的な実施形態を示している付随の図とともに組み込まれる以下の詳細な説明により明らかになるであろう。
本発明に係るＯＦＤＩ器具の例示的実施形態の概略図である。本発明に係る単一バルーンアレンジメントを備えたＯＦＤＩプローブ構造の例示的な実施形態の概略図である。イメージングコアが管腔壁に近傍して配置されている、図２ＡのＯＦＤＩプローブの例示的な実施形態の概略図である。光学イメージングコアがバルーンアレンジメントにより管腔内の中央に配置された図２Ａに示される例示的なＯＦＤＩプローブ構造の概略図である。本発明に係る単一バルーンアレンジメントを付随したＯＦＤＩプローブ構造の例示的な実施形態を使用して得た例示的な画像データの例示的な断面図である。図３Ａで示した単一バルーンアレンジメントを備えるＯＦＤＩプローブ構造を使用して得た例示的なＯＦＤＩ画像データの容積レンダリング画像である。図３Ａで示した単一バルーンアレンジメントを備えるＯＦＤＩプローブ構造を使用して得たＯＦＤＩ画像データの他の容積レンダリング画像である。本発明に係る数を変える、且つ直径が小さくなる管腔に適応して直径が小さくなる特性を備えた複数のバルーンアレンジメントを有するＯＦＤＩプローブ構造の例示的な実施形態の側面図である。本発明に係る数および直径が変わる特性を備えた多様なバルーンアレンジメントを有するＯＦＤＩプローブ構造の他の例示的な実施形態の側面図である。本発明に係る直径が大きくなる特性を有する２つのバルーンアレンジメントを有するＯＦＤＩプローブ構造の、さらに例示的な実施形態の側面図である。本発明に係る数および直径が変わる特性を備えた多様なワイヤーケージアレンジメントを有するＯＦＤＩプローブ構造の、さらに他の例示的な実施形態の側面図である。本発明に係る数および直径が変わる特性を備えた、傘に似た多様なワイヤーアレンジメントを有するＯＦＤＩプローブ構造の、例示的な実施形態の側面図である。

他に言及しなければ、図を通して、同じ参照数字および特徴は、例示した実施形態の特徴、要素、構成成分、または部分などを意味するように使用される。さらに、当該発明はこれから特徴を参照して詳細に説明するが、例示的な実施形態に関連して為されるものである。当該発明の真の範囲および精神から逸脱することなく、記載した実施形態について変更および修正が成され得ることを意図する。

本明細書において、光学周波数領域イメージング（ＯＦＤＩ）の原理の詳細な説明を、ブタ気道を用いたｅｘｖｉｖｏでの包括的なＯＦＤＩスクリーニングの初期の結果を含めて提供する。

イメージング技術
光学周波数領域イメージング
光学周波数領域イメージング（ＯＦＤＩ）は、高速第二世代ＯＣＴイメージング技術である（例えばYun SH, Tearney
GJ, de Boer JF, Iftimia N, Bouma
BE, High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express 2003;11:2953-2963を参照されたい）。ＯＣＴにおける従来の時間領域では、広帯域の光源が参照アームおよびサンプルアームの両方を照射するのに使用することができる。２つのアームから後方に散乱した光は、同じ光学距離を移動し、干渉縞が形成されて受信機により検出される。次いで個々の深さプロファイルまたは線は、所望のイメージング深さ領域を介して参照アームを機械的に変えることにより得られる。ＯＣＴと異なり、ＯＦＤＩは迅速な同調波長掃引レーザー源を使用する（例えばYun SH, Tearney
GJ, de Boer JF, Iftimia N, Bouma
BE, High-speed optical frequency-domain imaging Optics. Express 2003;11:2953-2963,
Brinkmeyer E, Ulrich R, High-resolution OCDR in
dispersive waveguide, Electronic Letters 1990;26:413-4, Chinn SR, E S, Fujimoto
JG, Optical coherence tomography using a frequency-tunable optical source,
Optics Letters 1997;22:340-2, Golubovic B, Bouma BE, Tearney GJ, Fujimoto
JG, Optical frequency-domain reflectometry using
rapid wavelength tuning of a Cr4+:forsterite laser,
Optics Letters 1997;22:1704-6; Lexer F, Hitzenberger CK, Fercher AF, Kulhavy M, Wavelength-tuning interferometry
of intraocular distances, Applied Optics 1997;36:6548-53; and Yun SH, Boudoux C, Tearney GJ, Bouma BE, High-speed
wavelength-swept semiconductor laser with a polygon-scanner-based wavelength
filter, Optics Letters 2003;28:1981 -3を参照されたい）。

異なる波長は異なる深さに組織を貫通し得るが、単一のレーザー源の掃引の間、参照アームは固定のままで、全体の深さプロファイルを同時に得ることができる。サンプルアームと固定された参照アームとの間のスペクトル的に分離した干渉の検出は、次いで深さプロファイルを生成できる。干渉のシグナルは平衡受光器のセットにより検出されてもよく、深さプロファイルは、フーリエ変換を測定することにより得られる。参照アームの機械的な変換の排除により、著しく高いＯＦＤＩイメージング速度が得られるだろう。加えて、ＯＦＤＩの感度は、ＯＦＤＩシグナルの手順において、フーリエ積分によるＯＣＴの感度よりも相当高い（例えばYun SH, Tearney
GJ, de Boer JF, Iftimia N, Bouma
BE, High-speed optical frequency-domain imaging. Optics Express 2003;
11:2953-2963を参照されたい）。ＯＣＴおよびＯＦＤＩイメージングシステムにおける信号対ノイズ比は、サンプルから反射されたイメージング力および画像分解能に比例しており、獲得速度および深さ範囲は反比例している。そのため、従来のＯＣＴと比較して、画質を犠牲にすることなく、著しく高い画像獲得速度でサンプルおよび／またはその一部分をイメージングすることができる。

例えば、約６４ｋＨｚに至るまでのライン速度が例示的ＯＦＤＩ方法およびシステムで達成できる。ＯＦＤＩシステムの一例示的な実施形態は、プロセスおよび表示画像データを、例えば約＞２５フレーム／秒（例えばフレームサイズ：１５３６×２０４８）のイメージング速度に対応する、例えば約５２ｋＨｚの持続したライン速度で獲得するように構成されている。この例示的なシステムの波長掃引源は約１３２０ｎｍで集められ、約１１１ｎｍの自由スペクトル領域（同調領域）を有することができる。これは、おおよそ４ｍｍの画像領域深さおよび組織における約５ミクロン（例えばｎ＝約１．３８）の距離分解能と一致している。

従来のＯＣＴに対し、ＯＦＤＩの手順およびシステムの例示的な実施形態の速度改善により、顕微鏡的分解能での広域な組織容積のイメージングが簡易化される。迅速な画像獲得はまた、動きアーチファクトに対する脆弱さを減少させてイメージングすることもでき、ｉｎｖｉｖｏでの適用で扱う際に好ましい特色であり得る。

肺気道でのＯＦＤＩイメージング
気管支粘膜の層をイメージするための例示的なＯＦＤＩ方法およびシステムの能力を実証するため、ブタの肺に対してｅｘｖｉｖｏでＯＦＤＩイメージングを行った。例えば、約５ｃｍの光学画像ウィンドウを備えた１８ｍｍのバルーンカテーテルを、気管支粘膜に対して光学インナーコアを安定させ且つ中心に置くために使用した。例示的なプローブを、気管内で伸張し、かつ主要な気管分岐部を横断する左側の主要な気管支内に配置した。次いでバルーンを膨張させ、連続するらせん状の断面画像を獲得できるように、カテーテルのインナー光学コアを回転させ且つ形を変えた。

図３Ａ乃至図３Ｃで示した例示的な網羅的で例示的な容積画像は、例えば約８μｍの距離分解能および縦横のピッチがそれぞれ２０μｍ、５０μｍを備えたおおよそ３ｍｍのイメージング貫通深さを示している。例えば、図３Ａは、本発明に係るシステムの例示的な実施形態を使用する、例示的に獲得したＯＦＤI容積の断面図を示している。粘膜、粘膜下層、軟骨組織および外膜を含む気管支気道壁の個々の層が識別可能である。そのような例示的な横断面図はまた、軟骨組織の層も図示している。例示的に獲得した容積はまた、続いて気管支の不完全な軟骨組織の環を明確に表す容積レンダリング技術を使用して可視化され、且つ気管支構造が三次元的に認識できる（例えば図３Ｂおよび図３Ｃを参照されたい）。

これらの例示的な結果は例示的なＯＦＤＩ技術およびアレンジメントを使用する肺気道での網羅的な容積顕微鏡法が可能であること、例示的なＯＦＤIイメージングにより気管支壁の構築層の可視化を簡易化していることを実証している。

例示的結論
従って、例示的なプロセスおよび／またはシステムを使用する生物組織の例示的ＯＦＤIイメージングにより、従来のＯＣＴに対し１００倍に昇るイメージング速度を提供できる。イメージング速度が増したことにより、いくらか例示的な光学プローブの設計を備えることができるとともに、ｉｎｖｉｖｏでの肺気道の網羅的な顕微鏡法が可能であろう。この、広域な上皮表面積に対して顕微鏡画像データを非侵襲的に得る能力により、早期診断およびインターベンションを支援し、結果として肺のＳＣＣに関係する疾病率および死亡率を減少させることにつながる。

ｉｎｖｉｖｏで肺気道をイメージングするための例示的なＯＦＤＩカテーテル
本発明の目的の１つは、気管支粘膜の異形上皮の変化および早期ＳＣＣの検出および診断のために、ＯＦＤＩに基づいた的確な診断システムおよび方法を提供することである。病変の可能性を検出する目的のための気道のスクリーニングでは、例えば標準的な気管支鏡のコントロール下でカテーテルの機能を選んでもよい。確認した病変の調査または気管支粘膜断片の診断は網羅的な容積イメージングを行うカテーテルを選んでもよい。例えば、繰り返しイメージングプローブを変える必要なく気道の変量する診断を簡易化するため、一例示的なカテーテルはスクリーニングおよび調査の機能性の両方を行ってもよい。

調査
肺気道を効果的かつ的確に検査するため、顕微鏡分解能における広域の網羅的なイメージングが望まれている。それによりサンプリングエラーによるミス診断に起因するかもしれない不必要なエラーをなくすか、または減少させる。例示的なカテーテルは、前定義した気管支断片にわたる気道の自動化した周囲三次元イメージングを獲得するように構成されてもよい。ＯＦＤＩイメージング時間を短縮し、且つカテーテルの的確な配置を簡易化させるため、例示的なプローブは、接続口を通じて作動することにより気管支鏡に対し補助的な能力を果たすことができる。例示的なカテーテルはまた、気管支鏡から独立的に機能してもよく、且つ気管支壁に対しカテーテルを中央に配置させて、且つ固定させる安定化装置を含むことができる。この例示的な安定化装置は、気道の典型的な生理的機能を促進するように空気（または液体）を透過でき得る。

スクリーニング
簡易に明白な観察図を得るため、例えば気管支鏡の遠位端を何ミリか超える、さらに伸長する先端を備えた、気管支鏡に引き込まれた例示的なカテーテルは、本明細書で先に記載した例示的なカテーテルと同様のスタイルで機能してもよい。気道を横断する気管支鏡のように、例示的なカテーテルは気管支壁の微細構造の断面画像を連続して得てもよい。この例示的なカテーテルは、別の先行のカテーテルに対して有益であり得、例えばより最適な画像焦点距離および回転するインナーコアからの振動を限定する堅く包んだシースを有してもよい。この作動の例示的な仕様により、内科医は症状があるかどうかについて気道粘膜のリアルタイムスクリーニングを簡易に行うことができる。

例示的な肺気道カテーテルの設計
本発明に係るＯＦＤＩ器具の例示的な実施形態が図１に示されている。この例示的な器具は、波長掃引源１００、繊維または自由空間カプラー１１０、参照ミラー１２０、ＯＦＤＩイメージングプローブ１４０、プローブ１４０を作動させる光学回転式接合および引き戻し装置１３０、並びに平衡受信機のセット１６０を含むことができる。掃引源１００からの電磁放射（例えば光）は、参照ミラー１２０および組織試料１５０の両方を照射するのに使用することができる。スペクトル的に分解した干渉シグナルは平衡受信機１６０により検出されてよく、且つサンプル１５０の深さプロファイルはフーリエ変換を測定することにより得てもよい。らせん状の断面イメージングを行うため、ＯＦＤＩイメージングプローブ１４０は光学回転式接合および引き戻し装置１３０により回転させ且つ形を変えるができる。

図２Ａは、本発明に係るＯＦＤＩプローブ構造の例示的な実施形態の側面図を示している。例示的なＯＦＤＩプローブ構造は、管腔または中空の器官２２０内にある光学コアアレンジメント２００を中心に配置するため、単一のバルーンアレンジメント２１０を備えている。光学内部コアアレンジメント２００は画像シグナルを伝播し且つ収集してもよく、外側のジャケット２３０に包含されることができ、回転する光学構成要素から患者を保護する機能を果たすことができる。例示的なＯＤＦＩプローブは、引き戻し装置を使用して内部光学コア２００の形を変えることによりヘリカル走査を獲得してもよく、一方で光学回転式接合部がコア２００を同時に旋回させる。例示的なＯＦＤＩプローブ構造は、例えば５ｍｍ未満までの画像領域深さに限定してもよい。それゆえ、図２Ｂで示されるように、光学コア２４０が管腔２６０内で中心に配置されない場合、大きな直径の管腔では、３６０度のイメージングは図２Ｂの破線部分２５０で設けられているように、少なくとも一部分損なわれ得る。図２Ｃで示されるように、バルーンアレンジメント２９０を備える例示的な実施形態を使用して管腔内に光学アレンジメント２７０を中心に配置することで、管腔の表面構造２８０の３６０度ＯＦＤIイメージングを簡易化することができる。

ｅｘｖｉｖｏでのブタの気道から得た肺気道の三次元イメージングの初期の結果が図３Ａ乃至図３Ｃに示されている。ブタの気道の例示的な管腔の大きさは約１８ｍｍであり、それゆえ例示的なＯＦＤＩ光学ローブを中心に配置することが重要であり得る。図３Ａ乃至図３Ｂに示された例示的な画像化されたＯＦＤＩデータセットは、図２Ａ乃至図２Ｃを参照して、本明細書に記載したＯＦＤＩプローブの例示的実施形態を使用して得られた。例えば、３６０度の例示的な断面画像３００が図３Ａに示されている。気管支粘膜の層は、顕著な軟骨組織の輪３２０を含んだ部分３１０として識別可能である。図３Ｂおよび図３Ｃは例示的な容積レンダリング３３０、例示的な三次元ＯＦＤＩ断面画像３４０を示している。

気管支区域の例示的な管腔の直径は、気道の分岐が増すにつれ肺気道で小さくなる。加えて、管腔の直径は画像化される気管支樹または別の器官内にある狭窄または拡張した領域の存在を対象としてもよい。本発明に係るイメージングプローブの一例示的な実施形態は、異なる管腔の直径、長さ、及び形態に適応する中心化アレンジメントを含むことができる。図４Ａ乃至図４Ｃは、変化する管腔の直径に対して光学コア４００、４２０、４４０のそれぞれを中心に配置するための、一連の複数のバルーンアレンジメント（例えば図４Ａ乃至図４Ｃの例示的なそれぞれのバルーンアレンジメント４１０、４３０、４５０を参照されたい）を備えるイメージングプローブの例示的な実施形態の側面図を示している。

特に、図４Ａは、末端方向に小さくなっていく管腔の直径に適応するように、直径４１０で小さくなっていく複数のバルーンアレンジメントを備える本発明の一例示的な実施形態の側面図を示している。拡張した管腔の直径に適応するように異なる直径４３０を用いた多様なバルーンアレンジメントを備える本発明の他の例示的な実施形態の側面図が、図４Ｂで例示されている。さらに本発明の例示的実施形態の側面図が図４Ｃに示されている。図４Ｃの例示的なバルーンアレンジメント４５０は、末端方向に大きくなっていく管腔の直径、あるいは管腔の狭窄または別のいくらかの狭小に適応するように設計されている。例えば、試料の断面または長手面における空間的に変化する管腔の直径、構造、および形態に対して適応するように、別の種々の例示的なバルーンアレンジメントが可能である。

肺気道の正常な機能において、空気およびおそらく液体の通過も重要であり得る。ＯＦＤＩの中心化アレンジメントに基づいた従来のバルーンは実質的に管腔を閉鎖しかねず、結果として、気道を介して空気および液体を通過させることが困難である。図５は光学コア５００を中心に配置するための複数のワイヤーケージアレンジメント５１０を備える、本発明に係るイメージングプローブの例示的な実施形態の側面図を示している。例示的なワイヤーケージアレンジメント５１０は、少なくともガスまたは液体の一部の通過を促進（簡易化）することができる。一例示的な実施形態では、ワイヤーケージアレンジメント５１０は、光学内部コア５００を包装する光学的に透明なシースまたはジャケット５３０に装着することができる。例示的な包囲する外側のジャケットアレンジメント５２０は、ワイヤーアレンジメントに対しスライドさせることにより、且つ任意の時間で配備されたワイヤーアレンジメントの数を規定することにより、ワイヤーケージアレンジメント５１０を起動させ、および／または作動させることができる。例示的なワイヤーケージアレンジメント５１０は、外側のジャケット５２０にプローブを引き戻すことにより折り畳まれてもよい。次いでカテーテルは、さらなる画像領域のために元の配置に且つ元の配備に戻ってもよく、および／または気道樹から完全に取り除かれてもよい。

本発明の他の例示的な実施形態では、イメージングプローブは少なくとも１つまたは図６Ａに拡張した状態で示されるように、多様なワイヤーあるいは拡張可能なプラスチックの傘のような一連のアレンジメント６２０を備えることができる。例えば、傘のようなアレンジメント６２０は、種々の複雑な管腔の直径および形状に適合するような可変性の拡張特性を有することができる。例示的な（例えばワイヤーまたはプラスチック）傘アレンジメント６２０は、自由に回転および／または形を変え得る光学イメージングコア６００を包装する光学的に透明なジャケット６３０に取り付けることができる。傘アレンジメント６２０は、管腔に対してカテーテルを安定化させ且つ光学イメージングコア６００を中心に配置することができる。例示的な包囲する外側のジャケットアレンジメント６１０は、傘アレンジメント６２０に対しスライドさせることにより、且つ任意の時間で配備されたアレンジメントの数を規定することにより、傘アレンジメント６２０を起動させ、および／または作動させてもよい。図６Ｂは、例示的なプローブを引き戻すことにより外側のジャケット６５０に傘のようなアレンジメント６２０が折り畳まれたときの、折り畳まれた状態にある図６Ａの例示的な実施形態を示している。例示的なイメージングプローブの全体は、気管支樹への配置のため、標準的な内視鏡または気管支鏡６４０の接続チャネルを介して通してもよく、そしてガイドカテーテルを介して通すことができ、または単独的な能力で作動させてもよい。
先述してきたことは本発明の原理を説明したにすぎない。本明細書の技術分野で通常の技術を有する当事者であれば、記載した実施形態への種々の修正および変更は明らかであろう。事実、本発明の例示的な実施形態に係るアレンジメント、システム、および方法は、ＳＥＥ、ＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステム、または別のイメージングシステム、および例えば国際特許公報ＷＯ２００５／０４７８１３、米国特許第７，３８２，９４９号明細書、および米国特許第７，３５５，７１６号明細書に記載されているもの（これらの開示は参照によりその全ての内容を本明細書に組み込まれる）のいずれをも使用し且つ／または実行することができる。従って、当技術分野で通常の技術を有する当事者は、本明細書で明確に示されていない、または記載されていないけれども、発明の原理を具体化する多くのシステム、アレンジメント、および方法を考察することができ、従って本発明の精神および範囲内にあることが認識されるであろう。加えて、先行技術の知識が本明細書の先述で参照により明確に組み込まれてこなかった範囲まで、先行技術は明確にその全ての内容が本明細書に組み込まれる。前述した、本明細書で参照される全ての文献はその全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

少なくとも１つの管腔または中空の試料内の少なくとも一部分についてのデータを得るための器具であって、
前記少なくとも一部分へ、および前記少なくとも一部分から、少なくとも１つの電磁放射を送受信するように構成された第１の光学アレンジメントと、
少なくとも部分的に前記第１のアレンジメントを包含する第２のアレンジメントと、
少なくとも一部分で前記第２のアレンジメントの外周を超えて拡張するように作動する構成とされ、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントを介して液体の流れまたはガスの流れの少なくとも１つを促進するような構造である少なくとも１つの第３のアレンジメントと、
（ｉ）前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの特定数を作動させるか、または（ｉｉ）前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの少なくとも２つの外側部分にある間隔を調整するかの少なくとも１つを行うように構造された第４のアレンジメントと、
を備える器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、少なくとも１つのワイヤーアレンジメントまたはプラスチックアレンジメントである、請求項１に記載の器具。
前記ワイヤーアレンジメントが少なくとも１つのワイヤー鎖を有する、請求項２に記載の器具。
前記ワイヤーアレンジメントがケージである、請求項２に記載の器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、バルーンアレンジメントを含む、請求項１に記載の器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、おおよそ円形または楕円形の外側周囲を有し、且つ前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの外周は前記第４のアレンジメントにより調節可能である、請求項１に記載の器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、複数の第３のアレンジメントを含み、且つ、前記第４のアレンジメントが、前記第３のアレンジメントの特定数を作動させる、請求項１に記載の器具。
前記第３のアレンジメントが、少なくとも１つの所定の間隔で互いに離れて空間を空けており、且つ前記第３のアレンジメントの各々の外側の部分が実質的に互いに重なり合うのを避けるよう、前記所定の間隔が前記第３のアレンジメントの各々が完全に折り畳まれて設けられている、請求項７に記載の器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、前記第２のアレンジメントに静的に接続され、且つ前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの少なくとも一部分について形を変える、請求項１に記載の器具。
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントは、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの少なくとも１つの形を変えることにより前記間隔を、または互いに関する前記第４のアレンジメントを調整する、請求項１に記載の器具。
少なくとも部分的に拡張した状態において、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、おおよそ円錐の形状を有する、請求項１に記載の器具。
前記少なくとも１つの部分が患者の気道内であり、且つ、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが前記気道に挿入可能に構成される、請求項１に記載の器具。
前記間隔は、前記少なくとも１つの第３のアレンジメントの外側周囲の半径である、請求項１に記載の器具。
前記第４のアレンジメントを実質的に囲む第５のアレンジメントをさらに備える、請求項１に記載の器具。
前記第５のアレンジメントが、内視鏡、腹腔鏡、気管支鏡、膀胱鏡、またはガイドカテーテルの少なくとも１つである、請求項１４に記載の器具。
少なくとも１つの管腔または中空の試料内の少なくとも一部分からデータを得るまたは処置するための器具であって、
少なくとも１つの電磁放射を前記少なくとも一部分に、且つ、前記少なくとも一部分から伝達するよう構成される第１のアレンジメントと、
前記第１のアレンジメントを少なくとも部分的に包装する第２のアレンジメントと、
少なくとも一部分を、前記第２のアレンジメントの周囲を超えて拡張するように作動する構成とされた複数の第３のアレンジメントと、を備える器具。
前記第３のアレンジメントの少なくとも１つが、該第３のアレンジメントを介して液体の流れまたはガスの流れの少なくとも１つを促進するように構造される、請求項１６に記載の器具。
（ｉ）前記第３のアレンジメントの特定数を作動させるか、または（ｉｉ）前記第３のアレンジメントの少なくとも１つの、少なくとも２つの外側部分の間にある間隔を調整するかの少なくとも１つを行うように構造された第４のアレンジメントをさらに備える請求項１６に記載の器具。
前記第３のアレンジメントが、少なくとも１つの所定の間隔により互いに離れて空間を空け、且つ、前記第３のアレンジメントの各々の外側部分が実質的に互いに重なることを避けるように前記所定の間隔が前記第３のアレンジメントの各々が完全に折り畳まれるよう設けられる、請求項１８に記載の器具。
前記第３のアレンジメントが作動して拡張し、前記少なくとも１つの管腔または中空の試料にある複数の部分と関係するように構成される、請求項１６に記載の器具。