組織を撮像するための装置及び方法
体組織を撮像するためのデバイス及び方法である。デバイスは、カテーテル端部を有する、体腔にアクセスするためのカテーテルを備える。カテーテル端部は、その内部に、電離放射線を放出するための電離放射線源と、電離放射線を検出するための少なくとも１つの電離放射線検出器とを有する。好ましくは、信号が電離放射線源によって放出され、該信号は光子又は電子を含み、該光子又は電子は、体組織から反射されるか又は体組織を刺激して光子又は電子を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般の体腔へのアクセス、その撮像、及びその操作を行うためのカテーテルを使用して組織の撮像を改善するための装置及び方法、並びに電磁放射線又は音響エネルギーを放出及び受信する撮像ユニットを有するカテーテルであって、このような電磁放射線又は音響エネルギーが、生体組織の撮像、部位特定、及び操作に利用されるカテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の論述
１８０６年に、ボジーニ（Bozzini）は、身体の腔の電磁放射線を援用した視覚化の最初の器具を導入した。彼は最初の膀胱鏡を考案した。およそ２００年の間、一方の端部にある光源と、画像をオペレーターに転送する一組のレンズとを有するカテーテルという原理は同じままである。ほぼ１００年後の１８００年代後半に、レントゲン（Roentgen）及びテスラ（Tesla）によるＸ線の発見によって、放射線医学と呼ばれる医学の新しい分野が開拓された。Ｘ線の発見によって、身体から離れて操作可能なさまざまな撮像デバイスが開発された。これらのデバイスには、Ｘ線、Ｘ線透視、ＣＴ等が含まれる。１８００年代後半のマリー・キュリー（Marie Curie）の放射線放出元素の発見と共に約６０年後のアンガー（Anger）のガンマカメラの発明によって、核医学が開拓された。核医学は、治療のほかに撮像にも使用される。撮像は、放射能の放出及び散乱の形跡を検出することによって行われる。核医学は、主に器官の解剖学的構造よりもむしろ機能を求めるのに使用されていた。
【０００３】
２０世紀後半の期間、可視光源及びカメラを使用した撮像カテーテルの使用によって、ほとんどどの体腔又は器官も侵襲されていた。これらの体腔又は器官には、腸、婦人科系、呼吸器、ＣＮＳ(central nervous system)等が含まれていた。可視光及びカメラのカテーテルの厚さはおよそ１０ｍｍであるために、血管は、該カテーテルの対象ではなかった。血管は、血管造影法と呼ばれるプロセスを使用して撮像されていた。血管造影法では、カテーテルが血管に導入され、関連のあるエリアに達するまで進められる。このポイントで、造影剤（高Ｚ元素（high-Z element）を有する物質）が血管腔内に注入されるのと同時に、Ｘ線撮像が行われ、血管の外側輪郭が撮像される。この技法のいくつかの欠点として、腎毒性元素が使用されること、撮像品質が低いこと、観察者の視点から見た３次元撮像に限界があることが含まれる。したがって、高Ｚ造影剤の必要性を低減し、撮像分解能の感度を増加させる血管内撮像ツール及び技法がこの技術分野で必要とされている。また、血管外科医がより高い精度で血管壁を撮像することを可能にする血管内撮像も必要とされている。
【０００４】
可視光源を使用する他の腔内スコープ（intra-cavity scope）も、いくつかの不利な点を有する。これらのスコープには、ターゲットへの汚れのない器官腔（organ cavity）及びクリアな視界が必要とされる。近年開発された自律式腔内撮像カメラの使用は、これらの問題に答えていなかった。これらの問題のうちのいくつかは、音波技術を使用して身体内及び血管内の空間を見ることによって答えられていた。しかしながら、音を伝播させるには流体媒体が必要であるので、超音波（ＵＳ）の使用も制限される。したがって、超音波撮像は、呼吸器系及び消化管の一部等の空気を含む身体内腔では利用することができない。加えて、光と同様に、音は、デブリ(debris)及び炎症組織によって偏向される。これによって、さまざまな炎症組織の画質及び深度が低減されるおそれがある。
【０００５】
今日、身体の撮像は、数々の器具を使用して、多くの異なる位置からさまざまな形式で実現することができる。しかしながら、いくつかの部位及び状況は、依然として課題を構成する。これらの部位及び状況には、炎症を起こしたデブリで満たされた空間が含まれる。例えば、汚れのある結腸又は炎症を起こした結腸、慢性炎症顔面洞（chronically inflamed facial sinuses）、炎症を起こした中耳等である。撮像が困難となる小さく暗い空間、かつ多くの場合デブリで満たされた空間での組織操作を行う外科医からは、最小侵襲手術に関する様々な要求がある。外部の撮像は、外科医が手術中に作業する三次元環境を示すことができないことが頻繁にある。可視光源及びカメラのほかに超音波技術を使用した従来の撮像が効果的でない部位では、医師が組織操作を行うことを助ける撮像デバイスが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、体器官、体腔、又は体組織の内部のより良好で高度な撮像を可能にする装置及び方法がこの技術分野で必要とされている。この撮像装置によって、オペレーターは、可視光撮像が不完全、不十分、又は不可能である部位の解剖学的構造及び組織学的構造を視覚化することが可能になる。また、この技術分野では、可視光撮像の範囲を超えた組織の撮像を可能にする器官内撮像システム又は体腔撮像システムも必要とされている。この技術分野では、画質が炎症組織要素又は異物片（foreign debris）による影響を受けない体器官又は体腔の内部を撮像することも必要とされている。このような方法によって、オペレーターは、利用可能な可視光撮像デバイス及び今日使用されている方法で視認できる以上の重要な情報を得ることが可能になる。
【０００７】
カテーテルを使用した組織の撮像を改善するための新規な装置及び方法を提供し、これによって、従来技術の不利な点を克服することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、体組織を撮像するためのデバイスの提供であって、該デバイスは、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテルは、その内部に、電離放射線を放出するための電離放射線源と、電離放射線を検出するための１つ又は複数の電離放射線検出器とを有し、電離放射線源は、１つ又は複数の電離放射線検出器に近接して配置され、好ましくは、信号が電離放射線源によって放出され、該信号は光子又は電子を含み、該光子又は電子は、体組織から後方散乱されるか又は該体組織を刺激して光子又は電子を発生させ、該体組織からの後方散乱により発生した光子又は電子は、電離放射線検出器によって検出される。
【０００９】
本発明のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線の放出を制限するための、電離放射線源を部分的に取り囲んで配置された１つ又は複数のコリメーターをさらに備える。
【００１０】
本発明のいくつかの実施の形態では、コリメーターは、その内部に、光子又は電子の分散を可能にする１つ以上の成形されたトンネルを有する。
【００１１】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、反射された光子若しくは電子又は体組織が発生した光子若しくは電子を増幅するための増幅器をさらに備える。
【００１２】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、ステントをさらに備える。
【００１３】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、ステントホルダーをさらに備える。
【００１４】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、電離放射線検出器は、次の材料、すなわちカドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素等の材料のうちの任意の１つから作製される。
【００１５】
本発明のいくつかの実施の形態では、電離放射線検出器は、１つ又は複数のシンチレーション光ファイバーを備える。
【００１６】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線検出器によって検出された、反射された光子又は上記体組織が発生した光子を増幅するための光電子増倍管又はフォトダイオードをさらに備える。
【００１７】
本発明のいくつかの実施の形態では、デバイスは、シェル、モーター、及びケーブルをさらに備え、該ケーブルはシェルに接続され、該ケーブルはモーターによって回転され、該回転はシェルへ伝達される。
【００１８】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線源は中心傍に配置され、コリメーターは周辺に向けて配向され、それによって、シェルの回転の結果、走査エリアが拡張される。
【００１９】
本発明は、体組織を撮像するためのデバイスの提供であって、該デバイスは、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテルは、その内部に、音波エネルギーを放出するための超音波トランスデューサーと、超音波エネルギーを検出するための超音波検出器とを有し、超音波トランスデューサーは、超音波検出器に近接して配置され、好ましくは、信号が上記超音波トランスデューサーによって放出され、該信号は超音波を含み、該超音波は上記体組織から反射され、該体組織からの反射された超音波は、超音波検出器によって検出される。
【００２０】
本発明によれば、体組織を撮像する方法が更に提供され、該方法はカテーテル内に配置される電離放射線源から電離放射線を放出するステップと、カテーテル内の電離放射線源からの電離放射線の放出に起因した体組織からの後方散乱放射線を検出するステップとを有する。
【００２１】
本発明のいくつかの実施の形態では、本方法は、開口部の部位を識別するステップをさらに含む。
【００２２】
本発明のいくつかの実施の形態では、本方法は、開口部を通じてカテーテル端部をガイドするステップをさらに含む。
【００２３】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、本方法は、ステントホルダーを使用して、開口部を部分的に通ってステントを押し進めるステップをさらに含む。
【００２４】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、本方法は、カテーテル及びステントホルダーを取り除くステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、図面と共に取り入れられた以下の詳細な説明からより完全に理解及び認識される。
【００２６】
【図１】図１Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の第１の実施形態の概略図を示す。図１Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の第１の実施形態の概略図を示す。図１Ｃは、本発明の好ましい実施形態による図１Ａ、図１Ｂに提示された実施形態の撮像原理の概略グラフ表現を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図を提示する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図を提示する。
【図３】図３Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の使用可能な部位を実証するのに使用される、いくつかの細部を有する人間の頭部の概略的ではあるが一部詳細な側面図を示す。図３Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の別の実施形態を概略的に示す。図３Ｃは、本発明の好ましい実施形態による装置の別の実施形態を概略的に示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による撮像ユニット走査動作を示す概略３次元図を示す。
【図５】図５Ａは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。図５Ｂは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。図５Ｃは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。
【図６】図６Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｃは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｄは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。
【００２７】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、身体の器官内のほかに腔内及び組織内の撮像（以下では、これらすべてを器官内という）に関するものである。「器官内」という用語の使用は、腔の内部であろうと、器官の内部であろうと、仮想空間の内部であろうと、組織内部であろうと、制限されることなく、身体内から得られたあらゆる撮像を指す。電磁放射線等の非可視光源又は音波を使用して、本発明は、従来技術の発明に見られる不利な点を克服する。本発明は、これらの信号を画像に変換するために、組織に対して用いられる電離放射線の印加及び検出を使用する。この画像は、オペレーターが周囲の組織の診察、組織層を検査、及び上記組織内又は組織周辺での器具類の操作等を行うのに使用される。本発明は、逆コンプトン散乱原理、電子後方散乱原理、蛍光Ｘ線のほかに超音波反射等の一定の物理科学原理を用いる。本発明は、従来技術のデバイスが不利である組織及び空間の撮像において有効である。本発明は、放射線放出源又は音源、検出システム、及び情報記憶又は送信システムをそのファブリック内に有する新規な器官内カテーテル又は器官内プローブを使用する。洞、血管、耳道、腸管腔等の器官内空間にカテーテルを挿入した後、上記ソースは、放射線又は音を自身の周囲の組織に向けて放出する。上記放射線又は音波の一部は周囲の組織を通過するか又は吸収され、さらに一部は、後方散乱されるか、反射されて戻ってくる。後方散乱された放射線又は反射された音波は、上記カテーテルのファブリック内に配置された専用検出器によって吸収される。検出された放射線及び音波は、次に、記憶、転送、解読され、さらに操作されて、上記カテーテルの取り囲む環境の画像が構成される。可視光が不利である場所での撮像に電離放射線又は超音波を使用することの利点は当業者に明らかである。
【００２８】
次に図１Ａ〜図１Ｃを参照する。図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の装置の第１の実施形態の概略表現のほかに、本発明の装置の動作から解明されるデータのグラフ提示である。
【００２９】
次に図１Ａを参照する。図１Ａでは、１００で包括的に参照される本発明の装置の第１の実施形態、発明、及び血管アテローム及びプラークを識別する際のその使用の説明が記載されている。アテロームは、脂質を含むプラークが動脈の壁の最内層に堆積したもの又は変性して蓄積したものである。ここで、プラークは、カルシウムが豊富な脂肪質が動脈壁の内部内層に堆積したものであり、アテローム性動脈硬化に特有のものである。包括的に１００で参照される血管内カテーテルは、血管壁１０２及び１０３の内部において概略的な断面において見られる。血管壁１０２及び１０３も、断面図で概略的に描かれている。血管壁１０２及び１０３は、この例では、好ましくは血管壁内１０２内にアテローム１０６を有する。血管内カテーテル１００は、血管壁１０２及び１０３の境界内に配置されていることが分かる。この境界内において、カテーテル本体１０４の一部は、アテローム１０６に近接して配置されている。カテーテル１００の本体１０４内において、好ましくはカテーテル端部の近くに、エネルギー放出源１０８がある。このようなソースには、β粒子、Ｘ線粒子、又はガンマ粒子を放出する任意のエネルギー放射源が含まれ得る。エネルギー放出源１０８は、、例えば、MDS Nordionが提供するヨウ素１２５とすることができる。他の形態の放射源も使用することができる。これらの他の形態の放射源には、バリウム１３３、ヨウ素１３１、リン３２、パラジウム１０３等が含まれる。エネルギー放出源１０８の周囲には、２つのコリメーター１１２、１１２’が断面で示されている。コリメーター１１２、１１２’は、実際には円錐状放射線の方向及び広がりを制限する三次元形状のチューブ又は円錐である。コリメーター１１２、１１２’は、通常、タングステン等の高Ｚ材で作製されて取り付けられ、コリメーター１１２、１１２’の周囲には検出器１１６、１１８、及び１２０がある。検出器１１６、１１８、１２０は、放射線粒子の専用検出器である。このような検出器は、カドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素等の材料で作製されている。本発明で使用される通常の検出器は、Acrorad Japanが提供しているカドミウムテルル検出器である。上記検出器１１６、１１８、１２０は、カテーテル１００の本体１０４の内部に円形に位置している。図１ＡのラインＢの位置の断面図に示されるカテーテル１００を観察すると、図１Ｂに示されるように３つの検出器１１６、１１８、１２０が連続した円形で配列され、その端部において互いに隣り合っていることに容易に気付くことができる。このような配列は、撮像の分解能を向上させる働きをする。検出分解能を最適化する検出器１１６、１１８、１２０の単一の構成、複数の構成、縦の構成、円形の構成、シリアルの構成、及び他の任意の構成が可能である。検出器１１６、１１８、１２０は、逆コンプトン散乱原理に従って、照射を受けた周囲の組織から戻ってくる放射線粒子を検出する。検出器１１６、１１８、１２０によって得られた上記データは、この技術分野で既知の送信技法（図示せず）を介してユーザへ送信される。次に図１Ｃを参照する。図１Ｃには、検出器１１６、１１８、１２０から受信されたデータの概略グラフ表現が示されている。
【００３０】
図１Ｃのグラフにおいて、横座標１２４は、カテーテル１００が沿って進んでいく血管壁１０２及び１０３の長さを表す。縦座標１２２は、逆コンプトン散乱原理又は電子後方散乱原理に従って上記検出器に従って上記検出器により検出される粒子カウントを使用して計算された血管壁１０２及び１０３の密度を表す。３つのグラフ１２８、１３２、１３６は、それぞれ検出器１１６、１１８、１２０によって検出された粒子カウントレートに従って計算された血管壁１０２及び１０３の密度を表す。上記グラフ１２８、１３２、１３６は、上記カテーテル１００の進行経路に沿って各検出器により測定された血管壁１０２、１０３の密度を表す。アテローム１０６の部位では、血管壁１０２の密度が、上記壁１０２に沿った他の部位と比較して低くなっている。これは、アテローム１０６の高い脂肪分及びその結果として血管壁１０２全体としての高い脂肪分によるものである。電離放射線が壁のこの部分に向けられたとき、検出器１１６、１１８、１２０に後方散乱される放射線は少なくなる。検出器１１６によって検出された主として血管壁１０３からの粒子カウントから計算されたグラフ１２８は、壁１０３の長さに沿ってほぼ同じである。グラフ１２８の血管壁密度の変動性は、血管腔の小体（図示せず）、壁１０３に沿った血管壁１０３の組織要素（図示せず）の軽微な変動等の複数の要因に依存する。グラフ１２８は、比較的一定であり、血管壁１０３に沿ってほぼ同様の密度を示している。グラフ１３２及び１３６も、グラフ１２８と同様に壁１０２、１０３からのそれぞれ検出器１１８、１２０によって受信されて検出された後方散乱放射線粒子のカウントレートを示している。波形１３６に沿ってグラフ中のカウントレートの下落部分１３８が示されている。このカウントレートの下落部分１３８は、血管壁１０３に沿った部分の中で、検出器１２０によって検出された戻り粒子が同様の壁１０２の他の部分と比較して少ない箇所を示す。この低い検出率は、血管壁１０２の低密度のエリアを表し、アテローム１０６の部位に対応する。グラフ１３２は、双方の壁１０２、１０３から検出された粒子を表す。グラフカウントレートの低い下落部分１４０は、アテローム１０６の部位において壁１０２から戻ってくる粒子が少ない場合、異常が見られない壁１０３における反対の部位からの戻り粒子によって補われていることを表す。したがって、カウントレートの下落部分140は、下落部分138よりも小さい。逆コンプトン散乱原理又は電子後方散乱原理に従って壁１０２、１０３から戻ってくる放射線粒子の検出に複数の検出器を使用することは、壁１０２，１０３に沿った密度を識別するために有効である。これは、血管壁アテローム１０６のほかに、プラーク、動脈瘤等の他の血管壁の異常にも対応する。図１Ｃのグラフに示された各グラフは、あらゆる測定時点において各検出器により検出された粒子の累積を表すことにも留意すべきである。上記密度データは、カテーテル１００が挿入されるあらゆる動脈の血管壁、静脈の血管壁、腔、空間、又は組織のマッピングに使用することができることも当業者には明らかであるはずである。本発明の典型的な操作では、カテーテル１００は、血管腔内に経皮的に挿入される。カテーテル１００が血管に沿って進められると同時に、血管壁及び周囲の組織の密度の撮像が行われる。上記検出器によって得られたデータは、格納又は送信することができる。上記及び本明細書から分かるように、データは、グラフに描くことができる。データは、上記血管等の三次元図等の他のグラフィカル表現に変換することもできる。
【００３１】
次に図２Ａ及び図２Ｂを参照する。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図である。双方のシミュレーションは、本発明の図１Ａの撮像装置１００による２つの異なる組織サンプルの照射に続く後方散乱ベータ電子の検出確率を表す。図２Ａ、図２Ｂの縦座標は、本発明による後方散乱された入射粒子を検出する確率を表す。図２Ａ、図２Ｂの横座標は、シミュレーション中に検出された全粒子エネルギーを表す。図２Ａに表された組織モデルは、血管壁中の脂質の高い部分を示し、一方、図２Ｂに表された組織モデルは、実質的に上記脂質が高い部分のない血管壁を示す。実質的に脂質が高い部分のない血管壁の密度は１ｇ／ｃｍ３に近いが、脂質の高い部分の血管壁の密度はそれよりも低く、およそ０．８ｇ／ｃｍ３である。２つのシミュレーションの結果を比較すると、後方散乱粒子を検出する確率は、図２Ｂよりも図２Ａが高いことが明らかに実証されている。脂質の高い部分のある血管壁をシミュレーションしたときに検出された戻り後方散乱粒子の確率は、脂質の乏しい血管壁又は脂質の高い部分が実質的にない血管壁と比較して、およそ２０％増加する。図２Ａ、図２Ｂには、一定のエネルギーの後方散乱粒子又は後方散乱電子を検出する確率が計算されている。脂質の高い部分が実質的にない血管を表す図２Ａでは、計算された確率は毎秒４６２３カウントである。脂質の高い部分のある血管を表す図２Ｂでは、計算された確率は毎秒４２１０カウントである。計算された確率は、血管壁密度の間接的な尺度であり、血管の構造の間接的な尺度となる。このモンテカルロシミュレーションは、本発明が、異なる血管壁の構成を識別及び分類するための概念的な証明を提供し、本発明の本装置及び本方法の適切な動作を確かめる際に機能する。
【００３２】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明の装置の別の実施形態の概略表現である。本実施形態は、副鼻腔、外耳、鼻腔、咽頭のほかに、カテーテルを挿入することができる身体内の他の実空間及び仮想空間等の器官内撮像において機能することができる。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示す本発明の実施形態は、人間の顔の洞の器官内撮像におけるこの実施形態の適用、及び２つのつながった洞の間の開口部へのステント留置における適用が例示されている（図６も参照）。図３Ａでは、人間の頭部３６０の縦軸方向断面の概略図が示されている。この図には、副鼻腔３６４、前頭洞３６８、前頭骨副鼻腔開口部（front-nasal sinuses aperture）３７６、及び鼻孔３７２の部分的詳細図が示されている。鼻孔３７２を通り鼻腔に沿って挿入された本発明のカテーテル３００が示されており、鼻腔において、カテーテル端部３０４は、開口部３７６に近接して示されている。器官内カテーテルの取り扱いに熟練したオペレーターは、上記カテーテルを洞内に容易に挿入して操作することができる。図３Ｂには、カテーテル３００がより詳細に示されている。ここで、カテーテル端部３０４はカテーテル３００の一部であり、ここでは、カテーテル３００の末端部を指すのに使用される。この本体には、撮像ユニット３０１がその内部に存在する。カテーテル３００は、増幅器３３０、洞ステント３３４、及びステントホルダー３３８のほかに、ケーブル３４２、スリップリング３４６、及びモーター３５０をさらに備える。図３Ｃには、図３Ｂのカテーテル端部３０４のエリアが分解されている。図３Ｃには、カテーテル端部３０４の内部に存在する撮像ユニット３０１が確認できる。図３Ｃに見られる撮像ユニット３０１は分解図で示され、該撮像ユニットの内部のより明瞭な図が提供されている。該撮像ユニット３０１は、コリメーター３１２によって取り囲まれたエネルギー放出源３０８を備える。上記コリメーター３１２は、ソース３０８からの電離放射線が、ソース３０８から好ましくは撮像ユニット３０１の外側へ通じる開口部のような円錐形チューブ３１３を介して出て行くことができるように不完全にソース３０８をカプセル化する。コリメーター３１２によって取り囲まれた円錐形チューブ３１３は、ソース３０８により近い近位部分の直径が、ソース３０８から離れた遠位部分よりも小さくなるように設計されている。この構成によって、ソース３０８からチューブ３１３を通って放出する電離放射線の円錐形の分配が可能になる。コリメーター３１２は、通常、タングステン、セラミック、高密度プラスチック等の高Ｚ材から作製され、図３Ｃでは、ソース３０８及びコリメーターチューブ３１３が、撮像ユニットの中央位置に示されている。本発明の他の例示の実施形態によれば、ソース３０８及びコリメーターチューブ３１３の他の任意の空間位置を使用して、本発明の所望の効果を得ることができ、このようなことも本説明の範囲内に考慮されている。これには、ソース３０８のロケーションが中心から外れたものほかにチューブ３１３が空間的に傾いたもの、又は他の任意の変形も含まれ得る。本実施形態の好ましいソース及び円錐形チューブの位置決めには、ソース３０８の中心から外れたロケーション、１度から６０度までの空間的な円錐形チューブ３１３が含まれる。ソース３０８のロケーション、サイズ、材料のほかにコリメーターチューブ３１３の長さ、直径、傾斜、及び姿勢の他の任意の構成が、本発明のコンテキストにおいて可能である。ソース３０８は、図１Ａのソース１０８と同様であり、ソース３０８には、バリウム１３３、ヨウ素１３１、リン３２、パラジウム１０３等が含まれ得る。図１のソース１０８と同様のソース３０８は、電離放射線粒子（図示せず）を放出する。コリメーター３１２の上部には、チューブ３１３がその内部を通る検出器３１６が示されている。この検出器３１６は、ここでは、２つの半円形として示されている。図３Ｃでは、撮像ユニット３０１の内部及びそれらの関係のより良い理解を提供するために、撮像ユニット３０１は、半分割されて表示されている。実際には、検出器３１６は、チューブ３１３の一方の端部を構成する開口部をその内部に有する円形ユニットである。検出器３１６は、撮像の分解能を向上させるために、カテーテル３００に沿った任意のロケーション、カテーテル３００の周囲の任意のロケーション、及びカテーテル３００内の任意のロケーションに配置することができる。撮像の分解能を高めるために同じカテーテル３００内に複数の検出器を実現することもできる。検出器３１６は、図１の検出器１１６、１１８、１２０について説明したように、組織から戻ってくる後方散乱電離放射線を検出するために有効である。検出器３１６も、Advanced Photonics社が提供するケイ素炭化物等の蛍光Ｘ線光子（ＸＲＦ）検出器とすることができる。検出器３１６がＸＲＦ検出器であるとき、検出器３１６は、ソース３０８によって最初に分配された電離放射線により励起された元素から戻ってくる光子を検出するように機能する。このような元素には、骨のカルシウム原子が含まれ得る。ソース３０８、コリメーター３１２、及び検出器３１６はチューブ３１３に沿って、シェルケーシング３０９内に構成される。シェルケーシング３０９は、タングステン等、特定の高密度を有する高Ｚ材から作製される。次に図３Ｂを再び参照する。図３Ｂには、本発明の他の部分及び動作が明らかにされている。中心軸線３５２がその内部を通過しているカテーテル３００が描かれている。シェル３０９にケーシングされたカテーテル撮像ユニット３０１は、好ましくは、カテーテル本体３０４内に配置される。撮像ユニット３０１は、ケーブル３４２に接続されている。ケーブル３４２は、心臓カテーテル等でガイドワイヤに使用されるようなプラスチックワイヤ又は金属ワイヤの柔軟性のある材料で作られ、モーター３５０に接続されているスリップリング３４６に接続されている。本発明の別の実施形態では、カテーテルは、金属又はプラスチックチューブ類等の剛体材料から作製され、処置は、外部のオペレーターから対象エリアへストレートラインで行われる。モーター３５０は、好ましくはブラシレスで角度位置を記録するエンコーダーを有する電気モーター又は角度位置の追跡を可能にするステップモーターである。モーター３５０は、ケーブル３４２を通じて撮像ユニット３０１に回転エネルギーを提供するように機能する。撮像ユニット３０１の回転によって、さらなる画像分解能が提供される。ソース３０８若しくはチューブ３１３の近軸配置又はチューブ３１３の傾斜と、撮像ユニット３０１の回転運動とを組み合わせることによって、電離放射線の非中心円錐形放出が提供される。撮像ユニット３０１が回転している時、ソース３０８は、電離放射線粒子を周囲の組織に放出する。後方散乱放射線が時間と共に検出器３１６上で検出される。時間と共にデータが検出器３１６から登録される。このデータは、粒子束、検出の入射角、撮像ユニット３０１の回転速度及びロケーションのほかに、他のパラメータも含むことができる。該データは、図１Ｃの説明と同様の形式で、周囲の組織の画像を計算し、例示するために使用される。１つの可能な撮像構成では、オペレーターには明度の画像が角度の関数として示される。オペレーターの目的は、この場合、少ない後方散乱又は蛍光Ｘ線撮像の場合にはＸＲＦがないことを表す暗いスポットターゲットを見つけることである。オペレーターがターゲットを識別すると、オペレーターは、その暗いスポットターゲットが撮像スクリーンの中心になるようにカテーテルをガイドする。この画像シーンは、実際には、カテーテルがターゲットの前面に近接して配置されるに従い平行移動される。地理的画像、二次元画像又は三次元画像等の他の撮像構成も本発明の範囲内にある。検出器３１６によって検出されたデータは、ケーブル３４２及びスリップリング３４６を介してリモートロケーションへ転送される。リモートロケーションでは、データは、解析されて表示される（図示せず）。本発明の別の実施形態では、カテーテルの出力は、検出される光子又は電子のレートに比例した音波エネルギーとすることができる。オペレーター（図示せず）は、走査中に、骨の穴の検出を意味する最小のカウントレートが存在するエリアを見つける。本発明の他の可能性には、モーター３５０を有しない上記カテーテル３００が含まれることが当業者には明らかなはずである。この場合、カテーテル３００は、手動で操作される。カテーテル３００の手動操作は、オペレーターが行うことができ、これまでの説明と同じ方法で使用することができる。以下は、浮腫状の炎症を起こした前頭洞３７８を開くためのＸＲＦ検出を使用したカテーテル３００の手術の一例である。オペレーター（図示せず）は、鼻孔３７２を通ってカテーテル３００を副鼻腔３６４に挿入する。オペレーターは、カテーテル本体３０４を開口部３７６に向ける。カテーテル３００を介してターゲットエリアの走査が開始される。電離放射線が、ソース３０８からチューブ３１３を介して円形に放出される。電離粒子は、鼻腔の骨構造のカルシウム原子とぶつかることで、ＸＲＦ光子の放出を引き起こす。該光子は検出器３１６によって検出される。検出器３１６によって検出されたデータは、次に、ケーブル３４２及びスリップリング３４６を介してリモートロケーションへ転送される。リモートロケーションでは、計算が行われ、カテーテル３００の本体３０４部分の周囲の骨構造の視覚画像がオペレーターに提供される。次に、前頭洞３６８と副鼻腔３６４との間の開口部３７６の視覚化が、該開口部を取り囲む炎症を起こした浮腫状の組織が存在しても、容易に実現される。次に、オペレーターは、カテーテル３００の本体３０４を開口部３７６に向け、カテーテル３００の本体３０４の一部を開口部３７６に通す。ステントホルダー３３８は、ステント３３４を保持し動かすカテーテル３００の周囲に巻かれたチューブ状体であり、カテーテル本体３０４の周囲にも巻かれている。ステント３３４は、図６で詳細に説明され、開口部によって接続された洞３６８及び副鼻腔３６４の排出のために機能する。
【００３３】
この時点で、オペレーターは、ステント３３４が、前頭洞３６８と副鼻腔３６４との間に開口部３７６を通ってしっかりと位置決めされるよう開口部３７６を一部通過するまで、ステントホルダー３３８及びステント３３４を本体３０４の端部に向けてスライドさせる。この時点で、オペレーターは、前頭洞３６８の排出を行うステント３３４を残して、カテーテル３００及びステントホルダー３３８を人間３６０から引出す。
【００３４】
図４は、ＸＲＦ信号を使用して骨構造の開口部を検出する際の中心傍の円錐状放射線又は傾斜された円錐状放射線の利用の三次元図である。表面４５０は、カルシウムイオンをそのファブリック内に有する骨構造の概略図である。表面４５０は、開口部４７６によって途切れている連続した表面である。開口部４７６は、表面４５０のファブリックの開口又は欠陥を表す。カテーテル４００の本体４０４は、開口部４７６に極めて近接して位置している。開口部４７６において、撮像ユニット４０１は、開口部４７６にほぼ向けられる。矢印４５３は、撮像ユニット４０１の回転方向を示す。撮像ユニット４０１の反対方向の回転のほかに他の傾斜動作も本発明の範囲内にあることが認識されるべきである。撮像ユニット４０１から発し放射され表面４５０及び開口部４７６に達するいくつかの円錐状放射線４４０が共に示されている。実際の三次元での実動作をシミュレーションする図解には限界があるため、矢印４５３は、撮像ヘッド４０１に対する回転運動を推測して描いていることを理解されたい。同様に、いくつかの円錐４４０は、上記回転中のいくつかの時間間隔における或る円錐状放射線４４０を表す。動作中、電離円錐状放射線４４０は、撮像ユニット４０１から放射され、表面４５０に向けて円錐状に拡散する電離放射線粒子を概略的に具現化したものである。撮像ユニット４０１の回転により、円錐状放射線は、ライン４４３によって例示されるように、時間内に大きな表面積を走査することができる。カテーテル４００が、図３の洞３６８と副鼻腔３６４とを分割する図３の開口部３７６を撮像して部位を特定するのに使用される一例示の状況では、通常５ｍｍごとである。この技術に熟練したオペレーターは、カテーテル４００を上記部位に容易にガイドすることができる。上記回転の結果、上記円錐４４０により表面走査を重複して撮像することにもなる。この円錐による重複を使用することによって、表面４５０の走査が容易になり、異なる部位及び角度からの戻りＸＲＦ粒子が提供され、したがって、撮像の速度及び精密度が増加する。これまでに説明したこの動作モデルは、浮腫状の柔らかい組織の下に位置する骨構造又はデブリ及び炎症等によって覆い隠された骨構造の部位を特定するのに使用される。オペレーター（図示せず）は、したがって、覆い隠す柔らかい組織層の下に隠された開口部等の骨構造の特定の部位を容易に特定することができる。オペレーターは、上記カテーテル４００を柔らかい組織中で操作し、骨構造上の特定の部位に手動でアクセスすることもできる。カテーテル４００は、鼻腔、洞壁、中耳骨等の構造等、他の骨構造を撮像するのに利用することもできる。柔らかい組織構造も認識することができるガンマ粒子等の他の放射線源も実現することができる。このようなモデルでは、必要に応じてその使用を交換することができるように、可視光及びカメラをカテーテル４００と組み合わせることもできる。この可視及び非可視の組み合わせによって、特定の撮像作業に必要とされる放射線の量を低減することができる。図１で説明したような後方散乱撮像と、これまでに図３で説明した蛍光Ｘ線撮像とを組み合わせたものは、１つのデバイスに組み合わせることもできる。このようなデバイス（図示せず）では、通常は４キロ電子ボルト（Ｋｅｖ）の範囲にあるＸＲＦの光子が一方の検出器で検出され、通常は２５〜３０Ｋｅｖの範囲にある後方散乱された粒子が第２の検出器で検出されるような多くの異なる位置に２つの異なる検出器を組み合わせることができる。この組み合わせによって、逆コンプトン散乱によって実現される長距離検出及びＸＲＦによって実現される短距離検出の持つ撮像能力が増大する。ＸＲＦ撮像及び逆コンプトン散乱撮像を、可視光及びカメラの撮像システムとさらに組み合わせたものも、１つのデバイスで複数の撮像能力を提供するという本発明の範囲内に含まれる。撮像ヘッドの姿勢の他の組み合わせも本発明の範囲で実現される。これらは、カテーテル４００の側面から異なる角度及び方向に向けられた走査円錐を有する撮像ユニット４１６を含むことができる。この構成によって、カテーテル本体４０４の周囲全体の組織の走査及び撮像が可能になる。本願の発明の範囲には、超音波及び本発明のデュアルシステムを、同じカテーテル又は２つの異なるカテーテルに設置して操作することができるように、本発明と同時に機能する超音波システムを組み合わせたものが本発明含まれる。
【００３５】
次に図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを参照する。これらの図では、光ファイバー及びシンチレーション塗料を使用する撮像システムが、逆コンプトン散乱を検出するのに使用される。図５Ａは、このシステムの概略表現であり、図５Ｂは、図５Ａのエリア５０５の分解図であり、図５Ｃは、図５ＢのラインＣにおける断面図である。本発明の代替的な実施形態では、カテーテル５００がカテーテル本体５０４から成り、カテーテル本体５０４は、カテーテル５００の端部内又は端部の近くに放射線源５０８を有し、放射線源５０８は、コリメーター（図示せず）によって部分的に覆われ、１つ又は複数の光ファイバー５１０によって取り囲まれている。該光ファイバーは、その検知端部が、シンチレーション塗料５１３又は同様の材料によって覆われている。図５では、シンチレーション塗料５１３及び光ファイバー５１０の端部が共に示されている。実際には、カテーテル５００の端部がシンチレーション塗料５１３によって覆われ、光ファイバー５１０が肉眼で見えないように、光ファイバー５１０の端部はシンチレーション塗料５１３で覆われている。シンチレーション塗料５１３によって覆われた光ファイバー５１０はこの技術分野では既知である。このような光ファイバーは、サンゴバン（Saint-Gobain）クリスタル等が提供しているＢＣＦ−１２シンチレーション光ファイバーとすることができる。放射線源５０８は、図１の放射線源１０８及び図３のソース３０８と同様である。上記の考察と同様に、電離放射線がカテーテル５００の外側の特定の所定のエリアに向けられるように、ソース５０８は、コリメーター（図示せず）によって部分的に覆われている。これによって、図４の円錐状放射線４４０と同様の円錐状放射線（図示せず）が作り出される。図５Ｂでは、ソース５０８から放射される放射線がカテーテル５００の中心を通って放射されていると理解されるように、光ファイバー５１０はソース５０８の周囲に円形に配列されている。図５の描写は、単なる例示にすぎないと理解されたく、実際には、円錐状放射線は、上記ソースのまわりのすべての方向に発するように配列することができる。動作中、カテーテル５００は、例えば図３Ａで見たように、体腔、体器官、又は体組織に挿入される。ソース５０８は、図３のソース３０８及び図１のソース１０８と同様にベータ粒子を放出する。後方散乱粒子は、シンチレーション光ファイバーによって吸収される。このデータは、光電子増倍管５５０又はフォトダイオードに搬送される。光電子増倍管５５０は、光ファイバー５１０によって検出された光子の増大において機能し、下流側のロケーションで上記ファイバーに接続されている。光電子増倍管５５０は、Hamamatsu社などが提供している光電子増倍管Ｒ９７７９とすることができる。光電子増倍管５５０によって増大された信号は、リモートロケーションへ搬送又は送信される。本発明のコンテキストにおいて、カテーテル５００は、シンチレーション検出光ファイバーと共に可視光検出光ファイバーを混合したものから構成されるものとして実現することもでき、双方の放射線粒子及び光子を検出することができ、したがって、本発明の可能性が高められる。複数の光ファイバーを束の形で使用することによって、本発明の撮像分解能が向上し、この使用もこの実施形態で実現される。
【００３６】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄは、本発明の別の実施形態を示し、骨間ステントを挿入するための方法が概略的に示されている。図６Ａにおいて、カテーテル６００は、骨プレート６５０に空間的に極めて近接して位置している一方、カテーテル端部６０４は、開口部６７６に向けられている。カテーテル６００は、カテーテル本体６４２及びカテーテル端部６０４を備える。カテーテル本体６４２内には、カテーテル端部６０４に近くに、撮像ユニット６０１がある。撮像ユニット６０１は、図１の撮像ユニット１０１又は図３の撮像ユニット３０１と同じものとすることができる。本明細書でさらに説明される本発明の代替的な撮像ユニット６０１は、Siemensが提供しているAcuson Antares EC9-4 Endocavity Probe等の超音波トランスデューサー（図示せず）を備える超音波撮像ユニットである。３〜２００ＭＨｚの範囲で動作する他の小型圧電トランスデューサーも適用することができる。撮像ユニット６０１は、小型圧電トランスデューサー等の超音波検出器（図示せず）及びTexas Instrumentsが提供しているCC1110 RF送信機チップ等の情報伝送手段（図示せず）をさらに備える。カテーテル６００には、ステント６３４及びステントホルダー６３８が取り付けられている。ステント６３４は、好ましくは、高分子材料から構成される。材料に「プログラミング」された一定の形状の記憶を有するニチノール金属等の他の材料も実現することができる。ステント６３４は、通常は図６Ａの開口部６７６によって接続された空間６６８と空間６６４との間に安定した開存性接続（patent connection）を提供するように設計されている。該開口部６７６は、図３Ａの開口部６７６について例示されたように閉塞する場合がある。このような場合に、図３Ａの洞３６８と副鼻腔３６４との間の開口部３７６の閉塞について説明したのと同じように、空間６６８から空間６６４への開口部６７６を通った物質の移動が妨害又は停止される。設計において、ステント６６８は、内側の開存性空洞（patent hollow）６９１及び好ましくは２つ以上の外側の円周状突出部６９３及び６９４を有するチューブ型構造である。双方の突出部６９３及び６９４は、力を加えることで容易に曲がったりねじれたりするよう柔軟であるように設計されている。ステントホルダー６３８は、好ましくはカテーテル６００よりも大きな直径を有するがカテーテル６００とステントホルダー６３８との間に或る小さな摩擦を可能にするほど十分小さな直径を有するチューブ形状の装置である。ステントホルダー６３８は、オペレーターが、離れたロケーションからカテーテル端部６０４へカテーテル６００に沿ってステント６３４を操作することを可能にするほど十分に長い。動作中、オペレーター（図示せず）は、図６Ａに見られるように、開口部６７６の部位に極めて近接してカテーテル６００を操作する。超音波撮像ユニット６０１が、オペレーターを開口部６７６に向けてガイドするのに使用される。上記で説明した他の撮像ユニット１０１及び３０１を使用して、上記開口部の部位を特定することもできる。開口部６７６の部位が特定されると、図６Ｂに見られるように、オペレーターは、カテーテル端部６０４を進めて開口部６７６に通す。次に、図６Ｃに見られるように、オペレーターはステントホルダー６３８を使用して、ステント６３４を押し進め、一部を開口部６７６に通す。その後、カテーテル６００及びステントホルダー６３８は取り除かれる。図６Ｄに見られるように、ステント６３４は、好ましくは、自然の開口部６７６をなくして、プレート６５０の間を橋渡しした状態で残される。ステント空洞６９１は、この時、空間６６８と空間６６４との間を橋渡ししており、一方の空間から他方の空間への物質の通過が可能になる。したがって、動作中、該カテーテルシステムは、隠れた骨開口部及び障害物に遮られた骨開口部の部位を特定し、それらの骨開口部に入り、かつそれらの骨開口部を橋渡しするのに使用することができる。
【００３７】
本発明は、特に図示したもの及び上記に説明したものに限定されるものではないことが当業者によって認識される。それどころか、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲のみによって規定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般の体腔へのアクセス、その撮像、及びその操作を行うためのカテーテルを使用して組織の撮像を改善するための装置及び方法、並びに電磁放射線又は音響エネルギーを放出及び受信する撮像ユニットを有するカテーテルであって、このような電磁放射線又は音響エネルギーが、生体組織の撮像、部位特定、及び操作に利用されるカテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の論述
１８０６年に、ボジーニ（Bozzini）は、身体の腔の電磁放射線を援用した視覚化の最初の器具を導入した。彼は最初の膀胱鏡を考案した。およそ２００年の間、一方の端部にある光源と、画像をオペレーターに転送する一組のレンズとを有するカテーテルという原理は同じままである。ほぼ１００年後の１８００年代後半に、レントゲン（Roentgen）及びテスラ（Tesla）によるＸ線の発見によって、放射線医学と呼ばれる医学の新しい分野が開拓された。Ｘ線の発見によって、身体から離れて操作可能なさまざまな撮像デバイスが開発された。これらのデバイスには、Ｘ線、Ｘ線透視、ＣＴ等が含まれる。１８００年代後半のマリー・キュリー（Marie Curie）の放射線放出元素の発見と共に約６０年後のアンガー（Anger）のガンマカメラの発明によって、核医学が開拓された。核医学は、治療のほかに撮像にも使用される。撮像は、放射能の放出及び散乱の形跡を検出することによって行われる。核医学は、主に器官の解剖学的構造よりもむしろ機能を求めるのに使用されていた。
【０００３】
２０世紀後半の期間、可視光源及びカメラを使用した撮像カテーテルの使用によって、ほとんどどの体腔又は器官も侵襲されていた。これらの体腔又は器官には、腸、婦人科系、呼吸器、ＣＮＳ(central nervous system)等が含まれていた。可視光及びカメラのカテーテルの厚さはおよそ１０ｍｍであるために、血管は、該カテーテルの対象ではなかった。血管は、血管造影法と呼ばれるプロセスを使用して撮像されていた。血管造影法では、カテーテルが血管に導入され、関連のあるエリアに達するまで進められる。このポイントで、造影剤（高Ｚ元素（high-Z element）を有する物質）が血管腔内に注入されるのと同時に、Ｘ線撮像が行われ、血管の外側輪郭が撮像される。この技法のいくつかの欠点として、腎毒性元素が使用されること、撮像品質が低いこと、観察者の視点から見た３次元撮像に限界があることが含まれる。したがって、高Ｚ造影剤の必要性を低減し、撮像分解能の感度を増加させる血管内撮像ツール及び技法がこの技術分野で必要とされている。また、血管外科医がより高い精度で血管壁を撮像することを可能にする血管内撮像も必要とされている。
【０００４】
可視光源を使用する他の腔内スコープ（intra-cavity scope）も、いくつかの不利な点を有する。これらのスコープには、ターゲットへの汚れのない器官腔（organ cavity）及びクリアな視界が必要とされる。近年開発された自律式腔内撮像カメラの使用は、これらの問題に答えていなかった。これらの問題のうちのいくつかは、音波技術を使用して身体内及び血管内の空間を見ることによって答えられていた。しかしながら、音を伝播させるには流体媒体が必要であるので、超音波（ＵＳ）の使用も制限される。したがって、超音波撮像は、呼吸器系及び消化管の一部等の空気を含む身体内腔では利用することができない。加えて、光と同様に、音は、デブリ(debris)及び炎症組織によって偏向される。これによって、さまざまな炎症組織の画質及び深度が低減されるおそれがある。
【０００５】
今日、身体の撮像は、数々の器具を使用して、多くの異なる位置からさまざまな形式で実現することができる。しかしながら、いくつかの部位及び状況は、依然として課題を構成する。これらの部位及び状況には、炎症を起こしたデブリで満たされた空間が含まれる。例えば、汚れのある結腸又は炎症を起こした結腸、慢性炎症顔面洞（chronically inflamed facial sinuses）、炎症を起こした中耳等である。撮像が困難となる小さく暗い空間、かつ多くの場合デブリで満たされた空間での組織操作を行う外科医からは、最小侵襲手術に関する様々な要求がある。外部の撮像は、外科医が手術中に作業する三次元環境を示すことができないことが頻繁にある。可視光源及びカメラのほかに超音波技術を使用した従来の撮像が効果的でない部位では、医師が組織操作を行うことを助ける撮像デバイスが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、体器官、体腔、又は体組織の内部のより良好で高度な撮像を可能にする装置及び方法がこの技術分野で必要とされている。この撮像装置によって、オペレーターは、可視光撮像が不完全、不十分、又は不可能である部位の解剖学的構造及び組織学的構造を視覚化することが可能になる。また、この技術分野では、可視光撮像の範囲を超えた組織の撮像を可能にする器官内撮像システム又は体腔撮像システムも必要とされている。この技術分野では、画質が炎症組織要素又は異物片（foreign debris）による影響を受けない体器官又は体腔の内部を撮像することも必要とされている。このような方法によって、オペレーターは、利用可能な可視光撮像デバイス及び今日使用されている方法で視認できる以上の重要な情報を得ることが可能になる。
【０００７】
カテーテルを使用した組織の撮像を改善するための新規な装置及び方法を提供し、これによって、従来技術の不利な点を克服することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、体組織を撮像するためのデバイスの提供であって、該デバイスは、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテルは、その内部に、電離放射線を放出するための電離放射線源と、電離放射線を検出するための１つ又は複数の電離放射線検出器とを有し、電離放射線源は、１つ又は複数の電離放射線検出器に近接して配置され、好ましくは、信号が電離放射線源によって放出され、該信号は光子又は電子を含み、該光子又は電子は、体組織から後方散乱されるか又は該体組織を刺激して光子又は電子を発生させ、該体組織からの後方散乱により発生した光子又は電子は、電離放射線検出器によって検出される。
【０００９】
本発明のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線の放出を制限するための、電離放射線源を部分的に取り囲んで配置された１つ又は複数のコリメーターをさらに備える。
【００１０】
本発明のいくつかの実施の形態では、コリメーターは、その内部に、光子又は電子の分散を可能にする１つ以上の成形されたトンネルを有する。
【００１１】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、反射された光子若しくは電子又は体組織が発生した光子若しくは電子を増幅するための増幅器をさらに備える。
【００１２】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、ステントをさらに備える。
【００１３】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、ステントホルダーをさらに備える。
【００１４】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、電離放射線検出器は、次の材料、すなわちカドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素等の材料のうちの任意の１つから作製される。
【００１５】
本発明のいくつかの実施の形態では、電離放射線検出器は、１つ又は複数のシンチレーション光ファイバーを備える。
【００１６】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線検出器によって検出された、反射された光子又は上記体組織が発生した光子を増幅するための光電子増倍管又はフォトダイオードをさらに備える。
【００１７】
本発明のいくつかの実施の形態では、デバイスは、シェル、モーター、及びケーブルをさらに備え、該ケーブルはシェルに接続され、該ケーブルはモーターによって回転され、該回転はシェルへ伝達される。
【００１８】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、デバイスは、電離放射線源は中心傍に配置され、コリメーターは周辺に向けて配向され、それによって、シェルの回転の結果、走査エリアが拡張される。
【００１９】
本発明は、体組織を撮像するためのデバイスの提供であって、該デバイスは、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテルは、その内部に、音波エネルギーを放出するための超音波トランスデューサーと、超音波エネルギーを検出するための超音波検出器とを有し、超音波トランスデューサーは、超音波検出器に近接して配置され、好ましくは、信号が上記超音波トランスデューサーによって放出され、該信号は超音波を含み、該超音波は上記体組織から反射され、該体組織からの反射された超音波は、超音波検出器によって検出される。
【００２０】
本発明によれば、体組織を撮像する方法が更に提供され、該方法はカテーテル内に配置される電離放射線源から電離放射線を放出するステップと、カテーテル内の電離放射線源からの電離放射線の放出に起因した体組織からの後方散乱放射線を検出するステップとを有する。
【００２１】
本発明のいくつかの実施の形態では、本方法は、開口部の部位を識別するステップをさらに含む。
【００２２】
本発明のいくつかの実施の形態では、本方法は、開口部を通じてカテーテル端部をガイドするステップをさらに含む。
【００２３】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、本方法は、ステントホルダーを使用して、開口部を部分的に通ってステントを押し進めるステップをさらに含む。
【００２４】
本発明の他のいくつかの実施の形態では、本方法は、カテーテル及びステントホルダーを取り除くステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、図面と共に取り入れられた以下の詳細な説明からより完全に理解及び認識される。
【００２６】
【図１】図１Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の第１の実施形態の概略図を示す。図１Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の第１の実施形態の概略図を示す。図１Ｃは、本発明の好ましい実施形態による図１Ａ、図１Ｂに提示された実施形態の撮像原理の概略グラフ表現を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図を提示する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図を提示する。
【図３】図３Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置の使用可能な部位を実証するのに使用される、いくつかの細部を有する人間の頭部の概略的ではあるが一部詳細な側面図を示す。図３Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置の別の実施形態を概略的に示す。図３Ｃは、本発明の好ましい実施形態による装置の別の実施形態を概略的に示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による撮像ユニット走査動作を示す概略３次元図を示す。
【図５】図５Ａは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。図５Ｂは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。図５Ｃは、本発明の好ましい実施形態によるシンチレーション光ファイバーを利用した装置のさらに別の実施形態の概略図である。
【図６】図６Ａは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｂは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｃは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。図６Ｄは、本発明の好ましい実施形態による装置を使用して骨開口部を通ってステント挿入するための方法の概略図である。
【００２７】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、身体の器官内のほかに腔内及び組織内の撮像（以下では、これらすべてを器官内という）に関するものである。「器官内」という用語の使用は、腔の内部であろうと、器官の内部であろうと、仮想空間の内部であろうと、組織内部であろうと、制限されることなく、身体内から得られたあらゆる撮像を指す。電磁放射線等の非可視光源又は音波を使用して、本発明は、従来技術の発明に見られる不利な点を克服する。本発明は、これらの信号を画像に変換するために、組織に対して用いられる電離放射線の印加及び検出を使用する。この画像は、オペレーターが周囲の組織の診察、組織層を検査、及び上記組織内又は組織周辺での器具類の操作等を行うのに使用される。本発明は、逆コンプトン散乱原理、電子後方散乱原理、蛍光Ｘ線のほかに超音波反射等の一定の物理科学原理を用いる。本発明は、従来技術のデバイスが不利である組織及び空間の撮像において有効である。本発明は、放射線放出源又は音源、検出システム、及び情報記憶又は送信システムをそのファブリック内に有する新規な器官内カテーテル又は器官内プローブを使用する。洞、血管、耳道、腸管腔等の器官内空間にカテーテルを挿入した後、上記ソースは、放射線又は音を自身の周囲の組織に向けて放出する。上記放射線又は音波の一部は周囲の組織を通過するか又は吸収され、さらに一部は、後方散乱されるか、反射されて戻ってくる。後方散乱された放射線又は反射された音波は、上記カテーテルのファブリック内に配置された専用検出器によって吸収される。検出された放射線及び音波は、次に、記憶、転送、解読され、さらに操作されて、上記カテーテルの取り囲む環境の画像が構成される。可視光が不利である場所での撮像に電離放射線又は超音波を使用することの利点は当業者に明らかである。
【００２８】
次に図１Ａ〜図１Ｃを参照する。図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の装置の第１の実施形態の概略表現のほかに、本発明の装置の動作から解明されるデータのグラフ提示である。
【００２９】
次に図１Ａを参照する。図１Ａでは、１００で包括的に参照される本発明の装置の第１の実施形態、発明、及び血管アテローム及びプラークを識別する際のその使用の説明が記載されている。アテロームは、脂質を含むプラークが動脈の壁の最内層に堆積したもの又は変性して蓄積したものである。ここで、プラークは、カルシウムが豊富な脂肪質が動脈壁の内部内層に堆積したものであり、アテローム性動脈硬化に特有のものである。包括的に１００で参照される血管内カテーテルは、血管壁１０２及び１０３の内部において概略的な断面において見られる。血管壁１０２及び１０３も、断面図で概略的に描かれている。血管壁１０２及び１０３は、この例では、好ましくは血管壁内１０２内にアテローム１０６を有する。血管内カテーテル１００は、血管壁１０２及び１０３の境界内に配置されていることが分かる。この境界内において、カテーテル本体１０４の一部は、アテローム１０６に近接して配置されている。カテーテル１００の本体１０４内において、好ましくはカテーテル端部の近くに、エネルギー放出源１０８がある。このようなソースには、β粒子、Ｘ線粒子、又はガンマ粒子を放出する任意のエネルギー放射源が含まれ得る。エネルギー放出源１０８は、、例えば、MDS Nordionが提供するヨウ素１２５とすることができる。他の形態の放射源も使用することができる。これらの他の形態の放射源には、バリウム１３３、ヨウ素１３１、リン３２、パラジウム１０３等が含まれる。エネルギー放出源１０８の周囲には、２つのコリメーター１１２、１１２’が断面で示されている。コリメーター１１２、１１２’は、実際には円錐状放射線の方向及び広がりを制限する三次元形状のチューブ又は円錐である。コリメーター１１２、１１２’は、通常、タングステン等の高Ｚ材で作製されて取り付けられ、コリメーター１１２、１１２’の周囲には検出器１１６、１１８、及び１２０がある。検出器１１６、１１８、１２０は、放射線粒子の専用検出器である。このような検出器は、カドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素等の材料で作製されている。本発明で使用される通常の検出器は、Acrorad Japanが提供しているカドミウムテルル検出器である。上記検出器１１６、１１８、１２０は、カテーテル１００の本体１０４の内部に円形に位置している。図１ＡのラインＢの位置の断面図に示されるカテーテル１００を観察すると、図１Ｂに示されるように３つの検出器１１６、１１８、１２０が連続した円形で配列され、その端部において互いに隣り合っていることに容易に気付くことができる。このような配列は、撮像の分解能を向上させる働きをする。検出分解能を最適化する検出器１１６、１１８、１２０の単一の構成、複数の構成、縦の構成、円形の構成、シリアルの構成、及び他の任意の構成が可能である。検出器１１６、１１８、１２０は、逆コンプトン散乱原理に従って、照射を受けた周囲の組織から戻ってくる放射線粒子を検出する。検出器１１６、１１８、１２０によって得られた上記データは、この技術分野で既知の送信技法（図示せず）を介してユーザへ送信される。次に図１Ｃを参照する。図１Ｃには、検出器１１６、１１８、１２０から受信されたデータの概略グラフ表現が示されている。
【００３０】
図１Ｃのグラフにおいて、横座標１２４は、カテーテル１００が沿って進んでいく血管壁１０２及び１０３の長さを表す。縦座標１２２は、逆コンプトン散乱原理又は電子後方散乱原理に従って上記検出器に従って上記検出器により検出される粒子カウントを使用して計算された血管壁１０２及び１０３の密度を表す。３つのグラフ１２８、１３２、１３６は、それぞれ検出器１１６、１１８、１２０によって検出された粒子カウントレートに従って計算された血管壁１０２及び１０３の密度を表す。上記グラフ１２８、１３２、１３６は、上記カテーテル１００の進行経路に沿って各検出器により測定された血管壁１０２、１０３の密度を表す。アテローム１０６の部位では、血管壁１０２の密度が、上記壁１０２に沿った他の部位と比較して低くなっている。これは、アテローム１０６の高い脂肪分及びその結果として血管壁１０２全体としての高い脂肪分によるものである。電離放射線が壁のこの部分に向けられたとき、検出器１１６、１１８、１２０に後方散乱される放射線は少なくなる。検出器１１６によって検出された主として血管壁１０３からの粒子カウントから計算されたグラフ１２８は、壁１０３の長さに沿ってほぼ同じである。グラフ１２８の血管壁密度の変動性は、血管腔の小体（図示せず）、壁１０３に沿った血管壁１０３の組織要素（図示せず）の軽微な変動等の複数の要因に依存する。グラフ１２８は、比較的一定であり、血管壁１０３に沿ってほぼ同様の密度を示している。グラフ１３２及び１３６も、グラフ１２８と同様に壁１０２、１０３からのそれぞれ検出器１１８、１２０によって受信されて検出された後方散乱放射線粒子のカウントレートを示している。波形１３６に沿ってグラフ中のカウントレートの下落部分１３８が示されている。このカウントレートの下落部分１３８は、血管壁１０３に沿った部分の中で、検出器１２０によって検出された戻り粒子が同様の壁１０２の他の部分と比較して少ない箇所を示す。この低い検出率は、血管壁１０２の低密度のエリアを表し、アテローム１０６の部位に対応する。グラフ１３２は、双方の壁１０２、１０３から検出された粒子を表す。グラフカウントレートの低い下落部分１４０は、アテローム１０６の部位において壁１０２から戻ってくる粒子が少ない場合、異常が見られない壁１０３における反対の部位からの戻り粒子によって補われていることを表す。したがって、カウントレートの下落部分140は、下落部分138よりも小さい。逆コンプトン散乱原理又は電子後方散乱原理に従って壁１０２、１０３から戻ってくる放射線粒子の検出に複数の検出器を使用することは、壁１０２，１０３に沿った密度を識別するために有効である。これは、血管壁アテローム１０６のほかに、プラーク、動脈瘤等の他の血管壁の異常にも対応する。図１Ｃのグラフに示された各グラフは、あらゆる測定時点において各検出器により検出された粒子の累積を表すことにも留意すべきである。上記密度データは、カテーテル１００が挿入されるあらゆる動脈の血管壁、静脈の血管壁、腔、空間、又は組織のマッピングに使用することができることも当業者には明らかであるはずである。本発明の典型的な操作では、カテーテル１００は、血管腔内に経皮的に挿入される。カテーテル１００が血管に沿って進められると同時に、血管壁及び周囲の組織の密度の撮像が行われる。上記検出器によって得られたデータは、格納又は送信することができる。上記及び本明細書から分かるように、データは、グラフに描くことができる。データは、上記血管等の三次元図等の他のグラフィカル表現に変換することもできる。
【００３１】
次に図２Ａ及び図２Ｂを参照する。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の動作の２つのモンテカルロシミュレーションのスペクトル結果の概略グラフ図である。双方のシミュレーションは、本発明の図１Ａの撮像装置１００による２つの異なる組織サンプルの照射に続く後方散乱ベータ電子の検出確率を表す。図２Ａ、図２Ｂの縦座標は、本発明による後方散乱された入射粒子を検出する確率を表す。図２Ａ、図２Ｂの横座標は、シミュレーション中に検出された全粒子エネルギーを表す。図２Ａに表された組織モデルは、血管壁中の脂質の高い部分を示し、一方、図２Ｂに表された組織モデルは、実質的に上記脂質が高い部分のない血管壁を示す。実質的に脂質が高い部分のない血管壁の密度は１ｇ／ｃｍ３に近いが、脂質の高い部分の血管壁の密度はそれよりも低く、およそ０．８ｇ／ｃｍ３である。２つのシミュレーションの結果を比較すると、後方散乱粒子を検出する確率は、図２Ｂよりも図２Ａが高いことが明らかに実証されている。脂質の高い部分のある血管壁をシミュレーションしたときに検出された戻り後方散乱粒子の確率は、脂質の乏しい血管壁又は脂質の高い部分が実質的にない血管壁と比較して、およそ２０％増加する。図２Ａ、図２Ｂには、一定のエネルギーの後方散乱粒子又は後方散乱電子を検出する確率が計算されている。脂質の高い部分が実質的にない血管を表す図２Ａでは、計算された確率は毎秒４６２３カウントである。脂質の高い部分のある血管を表す図２Ｂでは、計算された確率は毎秒４２１０カウントである。計算された確率は、血管壁密度の間接的な尺度であり、血管の構造の間接的な尺度となる。このモンテカルロシミュレーションは、本発明が、異なる血管壁の構成を識別及び分類するための概念的な証明を提供し、本発明の本装置及び本方法の適切な動作を確かめる際に機能する。
【００３２】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明の装置の別の実施形態の概略表現である。本実施形態は、副鼻腔、外耳、鼻腔、咽頭のほかに、カテーテルを挿入することができる身体内の他の実空間及び仮想空間等の器官内撮像において機能することができる。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示す本発明の実施形態は、人間の顔の洞の器官内撮像におけるこの実施形態の適用、及び２つのつながった洞の間の開口部へのステント留置における適用が例示されている（図６も参照）。図３Ａでは、人間の頭部３６０の縦軸方向断面の概略図が示されている。この図には、副鼻腔３６４、前頭洞３６８、前頭骨副鼻腔開口部（front-nasal sinuses aperture）３７６、及び鼻孔３７２の部分的詳細図が示されている。鼻孔３７２を通り鼻腔に沿って挿入された本発明のカテーテル３００が示されており、鼻腔において、カテーテル端部３０４は、開口部３７６に近接して示されている。器官内カテーテルの取り扱いに熟練したオペレーターは、上記カテーテルを洞内に容易に挿入して操作することができる。図３Ｂには、カテーテル３００がより詳細に示されている。ここで、カテーテル端部３０４はカテーテル３００の一部であり、ここでは、カテーテル３００の末端部を指すのに使用される。この本体には、撮像ユニット３０１がその内部に存在する。カテーテル３００は、増幅器３３０、洞ステント３３４、及びステントホルダー３３８のほかに、ケーブル３４２、スリップリング３４６、及びモーター３５０をさらに備える。図３Ｃには、図３Ｂのカテーテル端部３０４のエリアが分解されている。図３Ｃには、カテーテル端部３０４の内部に存在する撮像ユニット３０１が確認できる。図３Ｃに見られる撮像ユニット３０１は分解図で示され、該撮像ユニットの内部のより明瞭な図が提供されている。該撮像ユニット３０１は、コリメーター３１２によって取り囲まれたエネルギー放出源３０８を備える。上記コリメーター３１２は、ソース３０８からの電離放射線が、ソース３０８から好ましくは撮像ユニット３０１の外側へ通じる開口部のような円錐形チューブ３１３を介して出て行くことができるように不完全にソース３０８をカプセル化する。コリメーター３１２によって取り囲まれた円錐形チューブ３１３は、ソース３０８により近い近位部分の直径が、ソース３０８から離れた遠位部分よりも小さくなるように設計されている。この構成によって、ソース３０８からチューブ３１３を通って放出する電離放射線の円錐形の分配が可能になる。コリメーター３１２は、通常、タングステン、セラミック、高密度プラスチック等の高Ｚ材から作製され、図３Ｃでは、ソース３０８及びコリメーターチューブ３１３が、撮像ユニットの中央位置に示されている。本発明の他の例示の実施形態によれば、ソース３０８及びコリメーターチューブ３１３の他の任意の空間位置を使用して、本発明の所望の効果を得ることができ、このようなことも本説明の範囲内に考慮されている。これには、ソース３０８のロケーションが中心から外れたものほかにチューブ３１３が空間的に傾いたもの、又は他の任意の変形も含まれ得る。本実施形態の好ましいソース及び円錐形チューブの位置決めには、ソース３０８の中心から外れたロケーション、１度から６０度までの空間的な円錐形チューブ３１３が含まれる。ソース３０８のロケーション、サイズ、材料のほかにコリメーターチューブ３１３の長さ、直径、傾斜、及び姿勢の他の任意の構成が、本発明のコンテキストにおいて可能である。ソース３０８は、図１Ａのソース１０８と同様であり、ソース３０８には、バリウム１３３、ヨウ素１３１、リン３２、パラジウム１０３等が含まれ得る。図１のソース１０８と同様のソース３０８は、電離放射線粒子（図示せず）を放出する。コリメーター３１２の上部には、チューブ３１３がその内部を通る検出器３１６が示されている。この検出器３１６は、ここでは、２つの半円形として示されている。図３Ｃでは、撮像ユニット３０１の内部及びそれらの関係のより良い理解を提供するために、撮像ユニット３０１は、半分割されて表示されている。実際には、検出器３１６は、チューブ３１３の一方の端部を構成する開口部をその内部に有する円形ユニットである。検出器３１６は、撮像の分解能を向上させるために、カテーテル３００に沿った任意のロケーション、カテーテル３００の周囲の任意のロケーション、及びカテーテル３００内の任意のロケーションに配置することができる。撮像の分解能を高めるために同じカテーテル３００内に複数の検出器を実現することもできる。検出器３１６は、図１の検出器１１６、１１８、１２０について説明したように、組織から戻ってくる後方散乱電離放射線を検出するために有効である。検出器３１６も、Advanced Photonics社が提供するケイ素炭化物等の蛍光Ｘ線光子（ＸＲＦ）検出器とすることができる。検出器３１６がＸＲＦ検出器であるとき、検出器３１６は、ソース３０８によって最初に分配された電離放射線により励起された元素から戻ってくる光子を検出するように機能する。このような元素には、骨のカルシウム原子が含まれ得る。ソース３０８、コリメーター３１２、及び検出器３１６はチューブ３１３に沿って、シェルケーシング３０９内に構成される。シェルケーシング３０９は、タングステン等、特定の高密度を有する高Ｚ材から作製される。次に図３Ｂを再び参照する。図３Ｂには、本発明の他の部分及び動作が明らかにされている。中心軸線３５２がその内部を通過しているカテーテル３００が描かれている。シェル３０９にケーシングされたカテーテル撮像ユニット３０１は、好ましくは、カテーテル本体３０４内に配置される。撮像ユニット３０１は、ケーブル３４２に接続されている。ケーブル３４２は、心臓カテーテル等でガイドワイヤに使用されるようなプラスチックワイヤ又は金属ワイヤの柔軟性のある材料で作られ、モーター３５０に接続されているスリップリング３４６に接続されている。本発明の別の実施形態では、カテーテルは、金属又はプラスチックチューブ類等の剛体材料から作製され、処置は、外部のオペレーターから対象エリアへストレートラインで行われる。モーター３５０は、好ましくはブラシレスで角度位置を記録するエンコーダーを有する電気モーター又は角度位置の追跡を可能にするステップモーターである。モーター３５０は、ケーブル３４２を通じて撮像ユニット３０１に回転エネルギーを提供するように機能する。撮像ユニット３０１の回転によって、さらなる画像分解能が提供される。ソース３０８若しくはチューブ３１３の近軸配置又はチューブ３１３の傾斜と、撮像ユニット３０１の回転運動とを組み合わせることによって、電離放射線の非中心円錐形放出が提供される。撮像ユニット３０１が回転している時、ソース３０８は、電離放射線粒子を周囲の組織に放出する。後方散乱放射線が時間と共に検出器３１６上で検出される。時間と共にデータが検出器３１６から登録される。このデータは、粒子束、検出の入射角、撮像ユニット３０１の回転速度及びロケーションのほかに、他のパラメータも含むことができる。該データは、図１Ｃの説明と同様の形式で、周囲の組織の画像を計算し、例示するために使用される。１つの可能な撮像構成では、オペレーターには明度の画像が角度の関数として示される。オペレーターの目的は、この場合、少ない後方散乱又は蛍光Ｘ線撮像の場合にはＸＲＦがないことを表す暗いスポットターゲットを見つけることである。オペレーターがターゲットを識別すると、オペレーターは、その暗いスポットターゲットが撮像スクリーンの中心になるようにカテーテルをガイドする。この画像シーンは、実際には、カテーテルがターゲットの前面に近接して配置されるに従い平行移動される。地理的画像、二次元画像又は三次元画像等の他の撮像構成も本発明の範囲内にある。検出器３１６によって検出されたデータは、ケーブル３４２及びスリップリング３４６を介してリモートロケーションへ転送される。リモートロケーションでは、データは、解析されて表示される（図示せず）。本発明の別の実施形態では、カテーテルの出力は、検出される光子又は電子のレートに比例した音波エネルギーとすることができる。オペレーター（図示せず）は、走査中に、骨の穴の検出を意味する最小のカウントレートが存在するエリアを見つける。本発明の他の可能性には、モーター３５０を有しない上記カテーテル３００が含まれることが当業者には明らかなはずである。この場合、カテーテル３００は、手動で操作される。カテーテル３００の手動操作は、オペレーターが行うことができ、これまでの説明と同じ方法で使用することができる。以下は、浮腫状の炎症を起こした前頭洞３７８を開くためのＸＲＦ検出を使用したカテーテル３００の手術の一例である。オペレーター（図示せず）は、鼻孔３７２を通ってカテーテル３００を副鼻腔３６４に挿入する。オペレーターは、カテーテル本体３０４を開口部３７６に向ける。カテーテル３００を介してターゲットエリアの走査が開始される。電離放射線が、ソース３０８からチューブ３１３を介して円形に放出される。電離粒子は、鼻腔の骨構造のカルシウム原子とぶつかることで、ＸＲＦ光子の放出を引き起こす。該光子は検出器３１６によって検出される。検出器３１６によって検出されたデータは、次に、ケーブル３４２及びスリップリング３４６を介してリモートロケーションへ転送される。リモートロケーションでは、計算が行われ、カテーテル３００の本体３０４部分の周囲の骨構造の視覚画像がオペレーターに提供される。次に、前頭洞３６８と副鼻腔３６４との間の開口部３７６の視覚化が、該開口部を取り囲む炎症を起こした浮腫状の組織が存在しても、容易に実現される。次に、オペレーターは、カテーテル３００の本体３０４を開口部３７６に向け、カテーテル３００の本体３０４の一部を開口部３７６に通す。ステントホルダー３３８は、ステント３３４を保持し動かすカテーテル３００の周囲に巻かれたチューブ状体であり、カテーテル本体３０４の周囲にも巻かれている。ステント３３４は、図６で詳細に説明され、開口部によって接続された洞３６８及び副鼻腔３６４の排出のために機能する。
【００３３】
この時点で、オペレーターは、ステント３３４が、前頭洞３６８と副鼻腔３６４との間に開口部３７６を通ってしっかりと位置決めされるよう開口部３７６を一部通過するまで、ステントホルダー３３８及びステント３３４を本体３０４の端部に向けてスライドさせる。この時点で、オペレーターは、前頭洞３６８の排出を行うステント３３４を残して、カテーテル３００及びステントホルダー３３８を人間３６０から引出す。
【００３４】
図４は、ＸＲＦ信号を使用して骨構造の開口部を検出する際の中心傍の円錐状放射線又は傾斜された円錐状放射線の利用の三次元図である。表面４５０は、カルシウムイオンをそのファブリック内に有する骨構造の概略図である。表面４５０は、開口部４７６によって途切れている連続した表面である。開口部４７６は、表面４５０のファブリックの開口又は欠陥を表す。カテーテル４００の本体４０４は、開口部４７６に極めて近接して位置している。開口部４７６において、撮像ユニット４０１は、開口部４７６にほぼ向けられる。矢印４５３は、撮像ユニット４０１の回転方向を示す。撮像ユニット４０１の反対方向の回転のほかに他の傾斜動作も本発明の範囲内にあることが認識されるべきである。撮像ユニット４０１から発し放射され表面４５０及び開口部４７６に達するいくつかの円錐状放射線４４０が共に示されている。実際の三次元での実動作をシミュレーションする図解には限界があるため、矢印４５３は、撮像ヘッド４０１に対する回転運動を推測して描いていることを理解されたい。同様に、いくつかの円錐４４０は、上記回転中のいくつかの時間間隔における或る円錐状放射線４４０を表す。動作中、電離円錐状放射線４４０は、撮像ユニット４０１から放射され、表面４５０に向けて円錐状に拡散する電離放射線粒子を概略的に具現化したものである。撮像ユニット４０１の回転により、円錐状放射線は、ライン４４３によって例示されるように、時間内に大きな表面積を走査することができる。カテーテル４００が、図３の洞３６８と副鼻腔３６４とを分割する図３の開口部３７６を撮像して部位を特定するのに使用される一例示の状況では、通常５ｍｍごとである。この技術に熟練したオペレーターは、カテーテル４００を上記部位に容易にガイドすることができる。上記回転の結果、上記円錐４４０により表面走査を重複して撮像することにもなる。この円錐による重複を使用することによって、表面４５０の走査が容易になり、異なる部位及び角度からの戻りＸＲＦ粒子が提供され、したがって、撮像の速度及び精密度が増加する。これまでに説明したこの動作モデルは、浮腫状の柔らかい組織の下に位置する骨構造又はデブリ及び炎症等によって覆い隠された骨構造の部位を特定するのに使用される。オペレーター（図示せず）は、したがって、覆い隠す柔らかい組織層の下に隠された開口部等の骨構造の特定の部位を容易に特定することができる。オペレーターは、上記カテーテル４００を柔らかい組織中で操作し、骨構造上の特定の部位に手動でアクセスすることもできる。カテーテル４００は、鼻腔、洞壁、中耳骨等の構造等、他の骨構造を撮像するのに利用することもできる。柔らかい組織構造も認識することができるガンマ粒子等の他の放射線源も実現することができる。このようなモデルでは、必要に応じてその使用を交換することができるように、可視光及びカメラをカテーテル４００と組み合わせることもできる。この可視及び非可視の組み合わせによって、特定の撮像作業に必要とされる放射線の量を低減することができる。図１で説明したような後方散乱撮像と、これまでに図３で説明した蛍光Ｘ線撮像とを組み合わせたものは、１つのデバイスに組み合わせることもできる。このようなデバイス（図示せず）では、通常は４キロ電子ボルト（Ｋｅｖ）の範囲にあるＸＲＦの光子が一方の検出器で検出され、通常は２５〜３０Ｋｅｖの範囲にある後方散乱された粒子が第２の検出器で検出されるような多くの異なる位置に２つの異なる検出器を組み合わせることができる。この組み合わせによって、逆コンプトン散乱によって実現される長距離検出及びＸＲＦによって実現される短距離検出の持つ撮像能力が増大する。ＸＲＦ撮像及び逆コンプトン散乱撮像を、可視光及びカメラの撮像システムとさらに組み合わせたものも、１つのデバイスで複数の撮像能力を提供するという本発明の範囲内に含まれる。撮像ヘッドの姿勢の他の組み合わせも本発明の範囲で実現される。これらは、カテーテル４００の側面から異なる角度及び方向に向けられた走査円錐を有する撮像ユニット４１６を含むことができる。この構成によって、カテーテル本体４０４の周囲全体の組織の走査及び撮像が可能になる。本願の発明の範囲には、超音波及び本発明のデュアルシステムを、同じカテーテル又は２つの異なるカテーテルに設置して操作することができるように、本発明と同時に機能する超音波システムを組み合わせたものが本発明含まれる。
【００３５】
次に図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを参照する。これらの図では、光ファイバー及びシンチレーション塗料を使用する撮像システムが、逆コンプトン散乱を検出するのに使用される。図５Ａは、このシステムの概略表現であり、図５Ｂは、図５Ａのエリア５０５の分解図であり、図５Ｃは、図５ＢのラインＣにおける断面図である。本発明の代替的な実施形態では、カテーテル５００がカテーテル本体５０４から成り、カテーテル本体５０４は、カテーテル５００の端部内又は端部の近くに放射線源５０８を有し、放射線源５０８は、コリメーター（図示せず）によって部分的に覆われ、１つ又は複数の光ファイバー５１０によって取り囲まれている。該光ファイバーは、その検知端部が、シンチレーション塗料５１３又は同様の材料によって覆われている。図５では、シンチレーション塗料５１３及び光ファイバー５１０の端部が共に示されている。実際には、カテーテル５００の端部がシンチレーション塗料５１３によって覆われ、光ファイバー５１０が肉眼で見えないように、光ファイバー５１０の端部はシンチレーション塗料５１３で覆われている。シンチレーション塗料５１３によって覆われた光ファイバー５１０はこの技術分野では既知である。このような光ファイバーは、サンゴバン（Saint-Gobain）クリスタル等が提供しているＢＣＦ−１２シンチレーション光ファイバーとすることができる。放射線源５０８は、図１の放射線源１０８及び図３のソース３０８と同様である。上記の考察と同様に、電離放射線がカテーテル５００の外側の特定の所定のエリアに向けられるように、ソース５０８は、コリメーター（図示せず）によって部分的に覆われている。これによって、図４の円錐状放射線４４０と同様の円錐状放射線（図示せず）が作り出される。図５Ｂでは、ソース５０８から放射される放射線がカテーテル５００の中心を通って放射されていると理解されるように、光ファイバー５１０はソース５０８の周囲に円形に配列されている。図５の描写は、単なる例示にすぎないと理解されたく、実際には、円錐状放射線は、上記ソースのまわりのすべての方向に発するように配列することができる。動作中、カテーテル５００は、例えば図３Ａで見たように、体腔、体器官、又は体組織に挿入される。ソース５０８は、図３のソース３０８及び図１のソース１０８と同様にベータ粒子を放出する。後方散乱粒子は、シンチレーション光ファイバーによって吸収される。このデータは、光電子増倍管５５０又はフォトダイオードに搬送される。光電子増倍管５５０は、光ファイバー５１０によって検出された光子の増大において機能し、下流側のロケーションで上記ファイバーに接続されている。光電子増倍管５５０は、Hamamatsu社などが提供している光電子増倍管Ｒ９７７９とすることができる。光電子増倍管５５０によって増大された信号は、リモートロケーションへ搬送又は送信される。本発明のコンテキストにおいて、カテーテル５００は、シンチレーション検出光ファイバーと共に可視光検出光ファイバーを混合したものから構成されるものとして実現することもでき、双方の放射線粒子及び光子を検出することができ、したがって、本発明の可能性が高められる。複数の光ファイバーを束の形で使用することによって、本発明の撮像分解能が向上し、この使用もこの実施形態で実現される。
【００３６】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄは、本発明の別の実施形態を示し、骨間ステントを挿入するための方法が概略的に示されている。図６Ａにおいて、カテーテル６００は、骨プレート６５０に空間的に極めて近接して位置している一方、カテーテル端部６０４は、開口部６７６に向けられている。カテーテル６００は、カテーテル本体６４２及びカテーテル端部６０４を備える。カテーテル本体６４２内には、カテーテル端部６０４に近くに、撮像ユニット６０１がある。撮像ユニット６０１は、図１の撮像ユニット１０１又は図３の撮像ユニット３０１と同じものとすることができる。本明細書でさらに説明される本発明の代替的な撮像ユニット６０１は、Siemensが提供しているAcuson Antares EC9-4 Endocavity Probe等の超音波トランスデューサー（図示せず）を備える超音波撮像ユニットである。３〜２００ＭＨｚの範囲で動作する他の小型圧電トランスデューサーも適用することができる。撮像ユニット６０１は、小型圧電トランスデューサー等の超音波検出器（図示せず）及びTexas Instrumentsが提供しているCC1110 RF送信機チップ等の情報伝送手段（図示せず）をさらに備える。カテーテル６００には、ステント６３４及びステントホルダー６３８が取り付けられている。ステント６３４は、好ましくは、高分子材料から構成される。材料に「プログラミング」された一定の形状の記憶を有するニチノール金属等の他の材料も実現することができる。ステント６３４は、通常は図６Ａの開口部６７６によって接続された空間６６８と空間６６４との間に安定した開存性接続（patent connection）を提供するように設計されている。該開口部６７６は、図３Ａの開口部６７６について例示されたように閉塞する場合がある。このような場合に、図３Ａの洞３６８と副鼻腔３６４との間の開口部３７６の閉塞について説明したのと同じように、空間６６８から空間６６４への開口部６７６を通った物質の移動が妨害又は停止される。設計において、ステント６６８は、内側の開存性空洞（patent hollow）６９１及び好ましくは２つ以上の外側の円周状突出部６９３及び６９４を有するチューブ型構造である。双方の突出部６９３及び６９４は、力を加えることで容易に曲がったりねじれたりするよう柔軟であるように設計されている。ステントホルダー６３８は、好ましくはカテーテル６００よりも大きな直径を有するがカテーテル６００とステントホルダー６３８との間に或る小さな摩擦を可能にするほど十分小さな直径を有するチューブ形状の装置である。ステントホルダー６３８は、オペレーターが、離れたロケーションからカテーテル端部６０４へカテーテル６００に沿ってステント６３４を操作することを可能にするほど十分に長い。動作中、オペレーター（図示せず）は、図６Ａに見られるように、開口部６７６の部位に極めて近接してカテーテル６００を操作する。超音波撮像ユニット６０１が、オペレーターを開口部６７６に向けてガイドするのに使用される。上記で説明した他の撮像ユニット１０１及び３０１を使用して、上記開口部の部位を特定することもできる。開口部６７６の部位が特定されると、図６Ｂに見られるように、オペレーターは、カテーテル端部６０４を進めて開口部６７６に通す。次に、図６Ｃに見られるように、オペレーターはステントホルダー６３８を使用して、ステント６３４を押し進め、一部を開口部６７６に通す。その後、カテーテル６００及びステントホルダー６３８は取り除かれる。図６Ｄに見られるように、ステント６３４は、好ましくは、自然の開口部６７６をなくして、プレート６５０の間を橋渡しした状態で残される。ステント空洞６９１は、この時、空間６６８と空間６６４との間を橋渡ししており、一方の空間から他方の空間への物質の通過が可能になる。したがって、動作中、該カテーテルシステムは、隠れた骨開口部及び障害物に遮られた骨開口部の部位を特定し、それらの骨開口部に入り、かつそれらの骨開口部を橋渡しするのに使用することができる。
【００３７】
本発明は、特に図示したもの及び上記に説明したものに限定されるものではないことが当業者によって認識される。それどころか、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲のみによって規定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体組織（１０２、１０３、１０６）を撮像するためのデバイスであって、
該デバイスは、
体腔にアクセスするためのカテーテル（１００）を備え、該カテーテルは、その内部に、
電離放射線を放出するための電離放射線源（１０８）と、
電離放射線を検出するための少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）と、
を有し、
前記電離放射線源（１０８）は、前記少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）に近接して配置され、
好ましくは、信号が前記電離放射線源（１０８）によって放出され、該信号は光子又は電子を含み、該光子又は電子は、前記体組織（１０２、１０３、１０６）から後方散乱されるか又は該体組織（１０２、１０３、１０６）を刺激して光子又は電子を発生させ、
前記体組織（１０２、１０３、１０６）からの前記後方散乱により発生した光子又は電子は、前記少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）によって検出されるデバイス。
【請求項２】
前記電離放射線の放出を制限するための、前記少なくとも１つの電離放射線源を部分的に取り囲んで配置された少なくとも１つのコリメーターをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコリメーターは、その内部に、光子又は電子の分散を可能にする少なくとも１つの成形されたトンネルを有する請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記反射された光子若しくは電子又は前記体組織が発生した光子若しくは電子を増幅するための増幅器をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ステントをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
ステントホルダーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器は、カドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素ら成る群から選択された材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器は、少なくとも１つのシンチレーション光ファイバーを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器によって検出された、前記反射された光子又は前記体組織が発生した光子を増幅するための光電子増倍管又はフォトダイオードをさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、シェル、モーター、及びケーブルをさらに備え、該ケーブルは前記シェルに接続され、該ケーブルは前記モーターによって回転され、該回転は前記シェルへ伝達される、請求項１又は３に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電離放射線源は中心傍に配置され、前記少なくとも１つのコリメーターは周辺に向けて配向され、それによって、前記シェルの前記回転の結果、走査エリアが拡張される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
体組織を撮像するためのデバイスであって、該デバイスは、
カテーテル端部を有する、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテル端部は、その内部に、
音波エネルギーを放出するための超音波トランスデューサーと、
超音波エネルギーを検出するための少なくとも１つの超音波検出器と、
を有し、
前記超音波トランスデューサーは、前記少なくとも１つの超音波検出器に近接して配置され、
好ましくは、信号が前記超音波トランスデューサーによって放出され、該信号は超音波を含み、該超音波は前記体組織から反射され、
前記体組織からの前記反射された超音波は、前記少なくとも１つの超音波検出器によって検出される、
デバイス。
【請求項１３】
体組織を撮像する方法であって、
体腔内にカテーテルを挿入するステップと、
前記カテーテル内に配置される電離放射線源から電離放射線を放出するステップと、
前記カテーテル内の前記電離放射線源からの電離放射線の前記放出に起因した前記体組織からの後方散乱放射線を検出するステップと、
を含む体組織を撮像する方法。
【請求項１４】
開口部の部位を識別するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
開口部を通じて前記カテーテル端部をガイドするステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ステントホルダーを使用して、前記開口部を部分的に通ってステントを押し進めるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記カテーテル及び前記ステントホルダーを取り除くステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１】
体組織（１０２、１０３、１０６）を撮像するためのデバイスであって、
該デバイスは、
体腔にアクセスするためのカテーテル（１００）を備え、該カテーテルは、その内部に、
電離放射線を放出するための電離放射線源（１０８）と、
電離放射線を検出するための少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）と、
を有し、
前記電離放射線源（１０８）は、前記少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）に近接して配置され、
好ましくは、信号が前記電離放射線源（１０８）によって放出され、該信号は光子又は電子を含み、該光子又は電子は、前記体組織（１０２、１０３、１０６）から後方散乱されるか又は該体組織（１０２、１０３、１０６）を刺激して光子又は電子を発生させ、
前記体組織（１０２、１０３、１０６）からの前記後方散乱により発生した光子又は電子は、前記少なくとも１つの電離放射線検出器（１１６、１１８、１２０）によって検出されるデバイス。
【請求項２】
前記電離放射線の放出を制限するための、前記少なくとも１つの電離放射線源を部分的に取り囲んで配置された少なくとも１つのコリメーターをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコリメーターは、その内部に、光子又は電子の分散を可能にする少なくとも１つの成形されたトンネルを有する請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記反射された光子若しくは電子又は前記体組織が発生した光子若しくは電子を増幅するための増幅器をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ステントをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
ステントホルダーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器は、カドミウムテルル化物、テルル化カドミウム亜鉛、ケイ素、炭化ケイ素ら成る群から選択された材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器は、少なくとも１つのシンチレーション光ファイバーを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電離放射線検出器によって検出された、前記反射された光子又は前記体組織が発生した光子を増幅するための光電子増倍管又はフォトダイオードをさらに備える、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、シェル、モーター、及びケーブルをさらに備え、該ケーブルは前記シェルに接続され、該ケーブルは前記モーターによって回転され、該回転は前記シェルへ伝達される、請求項１又は３に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電離放射線源は中心傍に配置され、前記少なくとも１つのコリメーターは周辺に向けて配向され、それによって、前記シェルの前記回転の結果、走査エリアが拡張される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
体組織を撮像するためのデバイスであって、該デバイスは、
カテーテル端部を有する、体腔にアクセスするためのカテーテルを備え、該カテーテル端部は、その内部に、
音波エネルギーを放出するための超音波トランスデューサーと、
超音波エネルギーを検出するための少なくとも１つの超音波検出器と、
を有し、
前記超音波トランスデューサーは、前記少なくとも１つの超音波検出器に近接して配置され、
好ましくは、信号が前記超音波トランスデューサーによって放出され、該信号は超音波を含み、該超音波は前記体組織から反射され、
前記体組織からの前記反射された超音波は、前記少なくとも１つの超音波検出器によって検出される、
デバイス。
【請求項１３】
体組織を撮像する方法であって、
体腔内にカテーテルを挿入するステップと、
前記カテーテル内に配置される電離放射線源から電離放射線を放出するステップと、
前記カテーテル内の前記電離放射線源からの電離放射線の前記放出に起因した前記体組織からの後方散乱放射線を検出するステップと、
を含む体組織を撮像する方法。
【請求項１４】
開口部の部位を識別するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
開口部を通じて前記カテーテル端部をガイドするステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ステントホルダーを使用して、前記開口部を部分的に通ってステントを押し進めるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記カテーテル及び前記ステントホルダーを取り除くステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５２３５７７（Ｐ２０１１−５２３５７７Ａ）
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１２２６６（Ｐ２０１１−５１２２６６）
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００８／０００７６５
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４９３６２
【国際公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（５１１１２１２６３）チェック−キャップ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００８／０００７６５
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４９３６２
【国際公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（５１１１２１２６３）チェック−キャップ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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