JP2017018663A - 撮像プローブ用の走査機構 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波数の超音波及び／又は光コヒーレンストモグラフィーを含む、高分解能の撮像を用いて哺乳類の組織及び構造を撮像するために使用する撮像プローブのための走査機構を提供する。
【解決手段】撮像プローブが、周囲領域にエネルギを放射する光又は超音波トランスデューサを収容する撮像アッセンブリに回転運動を与えるための調製可能な回転駆動機構を有している。撮像アッセンブリは、長手軸に対して様々な角度で細長い中空のシャフトの外側の経路に沿ってエネルギビームを送出するよう構成された可動部材を有する走査機構を有しており、撮像アッセンブリの前方及び側視性能を与える。可動部材は、可変角度が撮像アッセンブリの角速度の関数となるような方法で取り付けられている。
【選択図】図１４ａ

Description

関連する米国出願の相互参照
本出願は、参照することにより全体的に本書に盛り込まれた英題が「ＩＭＡＧＩＮＧ ＰＲＯＢＥ」である２００７年１月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／８８１，１６９号に関連し、その優先権の利益を享受する。

本発明は、概略的に、高周波数の超音波及び／又は光コヒーレンストモグラフィーを含む、高分解能の撮像を用いて哺乳類の組織及び構造を撮像するための撮像プローブの分野に関する。特に、本発明は、撮像プローブの前方又は側視性能を提供するための走査機構を組み込んだ撮像アッセンブリに関する。

体の高分解能撮像は、１）組織の構成及び構造を評価する；２）体の局所的な領域への治療介入を計画及び／又はガイドする；３）局所領域の構造、構成、又は他の特製を変える治療介入の結果を評価することを含む、複数の目的に役立つ。このような特別のケースにおける高分解能の撮像は、高周波数超音波及び光学的撮像法と称される。本発明の目的として、高周波数超音波は一般に、３ＭＨｚよりも高い周波数、特に一般に９乃至１００ＭＨｚの範囲での撮像に関する。高周波超音波は、血管内及び心臓内の処置に非常に有用である。これらの適用のために、カテーテル又は体内に挿入し得る他の器具の中に超音波トランスデューサを組み込む。例として、高周波数超音波の特に重要な２つの実施例は、血管を撮像するための血管内超音波法（ＩＶＵＳ）、及び心室を撮像するための心臓内心エコー検査（ＩＣＥ）である。ＩＣＥ及びＩＶＵＳはいずれも低侵襲的であり、血管又は心室の中に１又はそれ以上の超音波トランスデューサを配置してこれらの構造の高品質の画像を得る。

医療の分野で使用される光ファイバ技術に基づく光学的撮像法は、光コヒーレンストモグラフィー、血管内視鏡、近赤外線分光法、ラマン分光法及び蛍光分光法である。これらの撮像手段は、一般に１又はそれ以上の光ファイバを使用して撮像部位と撮像検出器との間のシャフトに沿って光エネルギを伝送することを必要とする。光コヒーレンストモグラフィーは超音波の光学的アナログであり、１乃至３０ミクロンの撮像分解能を与えるが、多くのケースにおいて超音波のように組織の中に深く貫通しない。また、光ファイバを使用して、組織のレーザ切除及び光力学的治療といった治療手技のためのエネルギを送出し得る。本発明に関する撮像のさらなる形式が、血管内視鏡、内視鏡検査及びプローブを用いて患者の体内の部位の撮像を含み可視スペクトル領域又は赤外スペクトル領域の光の背面反射に基づいて写真を取る他の同じような撮像機構を有している。さらに、高分解能撮像のさらなる形式が、光エネルギを生成するための音響エネルギ（音ルミネッセンス撮像）又は音響エネルギを生成するための光エネルギ（光音響撮像）を使用し得る。

高分解能撮像手段が、胃腸系、（冠状動脈、末梢血管系及び神経血管系を含む）心臓血管系、皮膚、眼（網膜を含む）、泌尿生殖器系、乳房組織、肝組織等を含む哺乳類の構造の様々な領域を評価するために多くの形式で実施されている。一例として、高周波の超音波又は光コヒーレンストモグラフィーによる心臓血管系の撮像が、動脈プラークの構造及び構成を評価するために開発されている。高分解能の撮像を使用して血管又はプラークの外形、病的動脈を通る血流及び動脈プラークへの（アテローム切除術、血管形成術及び／又はステント挿入といった）治療介入の効果を測定する。また、高分解能の撮像を使用して臨床症状をもたらさないが破裂又は浸食及び急性心筋梗塞の原因となる危険性が増加する血管病変を特定する試みがなされている。これらのいわゆる「不安定プラーク」は、このようなプラークを治療して有害な臨床兆候を先制する見込みが概念的に興味を引くため、強い関心がある領域である。しかしながら撮像手段は、この点について有効性を今のところ特に示していない。

慢性の完全閉塞は、（病変の血管造影像に基づいて）約一ヶ月以上にわたって血管の管腔全体が閉塞する血管病変の特定の一部である。大部分の血管内撮像手段は、「側視」であり、病変を通る血管内撮像器具の通路を要する。慢性完全閉塞を撮像するために、高分解能の撮像方法が、「側視」構成ではなく「前方視」を採用する場合、より有用である。

関心が高まっている別の分野は、構造的心疾患の処置及び電気生理学的処置のための撮像ガイダンスの使用である。それは多くの場合、心室の特定の場所の中にカテーテルを配置して、（卵円孔開存症用の閉塞器具、弁膜の修復又は交換器具、左心耳の閉塞器具といった）器具の埋め込み又は（切除又は凍結療法用カテーテルといった）治療用カテーテルの配置といった治療手技を実施する必要がある。また、心臓の心房中隔を横切るといった、処置の中間段階をガイドすることが必要となる可能性がある。高分解能の撮像の使用は、これらの段階を行い易くし得る。直線位相配列を用いて現状において行われている心腔内エコー（ＩＣＥ）は、このような目的のために現在使用されている方法の１つである。

関連技術のまとめ
血管内超音波法のためのカテーテルベースのシステムがＹｏｃｋによって説明されており（米国特許４７９４９３１）、血管内の構造の高分解能の撮像を提供する。このようなシステムは、中の長いトルクケーブルの遠位端の近くに超音波トランスデューサを設けた外側シースを具えている。モータがトルクケーブル及び超音波トランスデューサアッセンブリを回転させると、血管といった解剖学的構造の２次元断面画像を形成し得る。カテーテル又はトルクケーブル及び超音波トランスデューサアッセンブリの回転運動と組み合わせた真っ直ぐな平行移動により、カテーテルの長さ方向に沿った一連の２次元画像を取得し得る。

血管内超音波（ＩＶＵＳ）の使用が、本方法への多くの改良及び適応がなされつつ一般的となっている。柔軟なトルクケーブル（Ｃｒｏｗｌｅｙ、米国特許第４９５１６７７）は、ＩＶＵＳカテーテルの長さ方向に沿った回転トルクの伝達の忠実性を改善し、非均一の回転歪みとして知られるアーチファクトを最小限にする。

Ｌｉａｎｇらは（米国特許第５，６０６，９７５及び第５，６５１，３６６）、前方視の血管内超音波を実施する手段を説明しており、超音波が、傾斜を固定することで超音波ビームがプローブの前方の面を走査するミラーに向けられる。走査される面は、湾曲面の形状に近く、結果として得られる形状は、超音波トランスデューサとミラーとの間の相対的な回転運動に由来する。また、彼らは、マイクロモータ、ギアクラッチ機構、操作ケーブル又は形状記憶合金、圧電薄膜又は導電性ポリマーといったバイモルフ素子を用いてミラーの偏向角度を変える手段を説明している。

Ｓｕｏｒｓａらは（米国特許第６３１５７３２）、ケーブルシステムによってカテーテルの長手軸以外の軸の周りを回動し得る超音波トランスデューサを有する血管内送出のためのカテーテルを説明している。

また、Ｍａｒｏｎｅｙら（米国特許第５３７３８４９）及びＧａｒｄｉｎｅｅｒ（米国特許第５３７３８４５）は、回動／ケーブル機構を用いて超音波トランスデューサを回動させるためのカテーテルを説明している。

Ｈｏｓｓａｃｋらは（ＷＯ／２００６／１２１８５１）、容量性微小測定超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）及び反射面を用いた前方視超音波トランスデューサを説明している。

Ｃｏｕｖｉｌｌｏｎらは（米国特許第７，０７７，８０８）、ポリマーを用いて動作してカテーテルの長手軸に対して撮像の可変角度を実現する反射部品を具えた血管内超音波カテーテルを説明している。

超音波トランスデューサ自身は顕著に改良しており、単結晶超音波トランスデューサ及び複合材超音波トランスデューサの使用を含んでいる。

ＩＶＵＳの中心周波数は、３乃至１００ＭＨｚの範囲内に位置しており、より一般的には、２０乃至５０ＭＨｚの範囲内に位置している。高周波数が高分解能を提供するが、信号の浸透が少なくなることで視野が小さくなる。浸透深さは、トランスデューサの中心周波数及び外形、トランスデューサの感度、撮像を行う媒体の減衰、及びシステムの信号対雑音比に影響を及ぼす実施時に固有の特性、といったいくつかのパラメータに応じて、ミリメートル以下から数センチメートルに及んでいる。

信号取得及び／又は後方散乱信号の解析を修正して撮像組織に関するさらなる情報を取得又は推測し易くするような、高周波数の超音波のバリエーションが存在する。これらは、組織が様々な血圧で圧縮されるものとして組織の中の歪みを評価する（ｄｅ Ｋｏｒｔｅら Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ．２００２ Ａｐｒ ９；１０５（１４）：１６２７−３０）弾性率計測法；解剖学的構造の中の血流といった運動を評価するドップラー撮像；パターン認識アルゴリズムと組み合わせて後方散乱する信号の無線周波数特性を用いて組織の構成を推測しようと仮想の組織構造（Ｎａｉｒ、米国特許第６，２００，２６８）；別の高調波撮像（Ｇｏｅｒｔｚら、Ｉｎｖｅｓｔ Ｒａｄｉｏｌ．２００６ Ａｕｇ；４１（８）：６３１−８）等を有している。本発明で説明する方法によって、これらの撮像形式の各々を改良し得る。

様々な角度からの超音波を用いた撮像の際に、多くの組織部品がある程度の角度依存性を有することが知られている。Ｃｏｕｒｔｎｅｙらは（Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｊａｎｕａｒｙ ２００２，２８：８１−９１）、内部の層（中膜及び内膜）が外側の層（外膜）よりも角度に依存する様々な後方散乱特性を有することを示した。Ｐｉｃａｎｏらは（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，１９８５；７２（３）：５７２−６）、正常組織、脂肪組織、線維脂肪組織、線維組織及び石灰化組織の角度に依存する超音波特性を示した。動脈プラークといった組織を様々な角度で撮像する機構が、血管内撮像手段によって組織の特性を体内で改良するための有益な手段となる可能性がある。

Ｔｅａｒｎｅｙらは（米国特許６１３４００３）、高周波数の超音波によって容易に取得されるのよりも光コヒーレンストモグラフィーが高分解能の撮像を提供し得るいくつかの実施例を説明している。Ｂｏｐｐａｒｔら（米国特許第６，４８５，４１３）は、前方視の実施を含む光コヒーレンストモグラフィー撮像のいくつかの実施例を説明している。光ファイバ又は屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズが、モータ、圧電体、可動ワイヤ、膨張手段等といった機構を用いて配置される。Ｍａｏらは（Ａｐｐｌ Ｏｐｔ．２００７ Ａｕｇ １０；４６（２３）：５８８７−９４）、レンズとして機能する短いＧＲＩＮ繊維に結合された、単一モードの繊維を用いた超小型ＯＣＴプローブを作製するための方法を説明している。繊維とレンズとの間に光学的なスペーサを含めることで、ファイバ／レンズ系の作動距離を変更し得る。さらに、遠位端に短い非クラッド繊維を加え、ある角度で非クラッド繊維を切断することで、ファイバ／レンズ系の端部に偏向素子を加え得る。

光コヒーレンストモグラフィーは、概略的に、超音波よりも高い分解能を有しており、血管及び他の組織内のある構造又は構成要素をより良好に特定する可能性を有する。また、それは、石灰化した構成要素といった特定の組織を通って超音波よりも良好に浸透する。例えば、動脈面の近くの線維性被膜の厚さ又は炎症又は壊死領域の存在が、光コヒーレンストモグラフィーで良好に改善（解像）される可能性がある。しかしながら、光コヒーレンストモグラフィーは、多くの生体媒質においてその小さな浸透深さ（５００乃至３０００ミクロンのオーダー）によって限定される。大部分のこのような媒質は、光学的に透明ではない。

光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）のバリエーションは、組織の構成要素の複屈折性を生かして構造及び構成に関するさらなる情報を取得する高偏光感度のＯＣＴ（ＰＳ−ＯＣＴ）；撮像した構造の構成に関する改良された情報を同様に提供する分光ＯＣＴ；流れ及び運動に関する情報を提供するドップラーＯＣＴ；ＯＣＴを介した弾性率計測法；撮像データのより迅速な取得を顕著に可能とすることで即座に関心のある大きな領域にわたって撮像を生じ得る光周波数領域撮像（ＯＦＤＩ）；を有している。さらに、本発明の方法によってこれらの撮像形式のそれぞれを改良し得る。

ＯＣＴと比較して、超音波は、血液及び軟組織といった生体媒質により良好に浸透する能力を有しており、一般に光コヒーレンストモグラフィーにも増して数ミリメートルに及ぶ浸透深さを有している。撮像器具を組み合わせて用いたいずれか又は双方の撮像方法で撮像する能力は、所要の分解能及び浸透深さの選択に関する利点を提供する。

ＯＣＴ以外の光ファイバベースの撮像のいくつかの他の形式が存在する。Ａｍｕｎｄｓｏｎらは、赤外光を用いて血液を通して撮像するためのシステムを説明している（米国特許第６，１７８，３４６）。撮像システムに使用される電磁スペクトルの範囲を、血液への浸透を最適化する範囲に選択し、可視スペクトル領域での血管内視鏡によって生じたのと同じように血液を通した光学的撮像が可能となるが、撮像される領域から血液を洗い流す必要性が無い。

硬い又は柔軟なシャフトの遠位端の近くの体内の部分を照射する原理に基づいて哺乳類の体の（血管、胃腸の管腔及び肺系統といった）内部コンジット及び構造の視覚化が可能となる血管内視鏡、内視鏡、気管支鏡及び多くの他の撮像器具が説明されている。そして、（ＣＣＤアレイといった）光検出器のアレイをシャフトの端部の近くに配置することによって、又はシャフトの遠位端から光検出器のアレイ又は操作者が照射領域を表す画像を生成又は見ることが可能となる他のシステムがある近位端に向けて光ファイバの束に受信光を伝送させることによって、画像が生成される。他の不都合な点のうち、ファイバの束は、かさばってシャフトの柔軟性を減らすことが挙げられる。

解剖学的な構造の低侵襲的な評価のための他の光ファイバベースの撮像手段が、Ｍｏｔｚら（Ｊ Ｂｉｏｍｅｄ Ｏｐｔ．２００６ Ｍａｒ−Ａｐｒ；１１（２））によって説明されているようなラマン分光法、Ｃａｐｌａｎら（Ｊ Ａｍ Ｃｏｌｌ Ｃａｒｄｉｏｌ．２００６ Ａｐｒ １８；４７（８ Ｓｕｐｐｌ）：Ｃ９２−６）によって説明されているような近赤外分光法、及び腫瘍のタンパク質分解酵素のタグ付き蛍光撮像（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ．２００４ Ｊｕｎ；２３１（３）：６５９−６６）といった蛍光撮像を有している。

「側面視」プローブではなく「前方視」プローブとして音響又は光学的撮像用の高分解能の撮像プローブを提供するのが利益を有する。また、後方を視ることが可能な、又は概略的に側面視構成で複数の角度から視ることが可能な、同じようなプローブを提供するのが役立つ。また、３次元の撮像データセットを生成し得る同じようなプローブを提供することが役立つ。

また、超音波撮像と１又はそれ以上の光撮像手段とを接続する３次元の高分解能撮像プローブを提供するのが利益を有する。

また、光音響撮像の又は音ルミネッセンス撮像のために使用し得る低侵襲的撮像プローブを提供するのが利益を有する。

我々は、医学画像に広く適用可能な新たな走査機構のいくつかの実施例を提供する。

本発明者の知っている限りでは、本発明で説明した走査機構を用いたシステム又は手段の記載がない。

本発明は、高周波数の超音波及び／又は光コヒーレンストモグラフィーを含む、高分解能の撮像を用いた哺乳類の組織及び構造を撮像するための撮像プローブを提供する。特に、本発明は、撮像プローブの前方視及び側方視性能を提供するための走査機構を組み込んだ撮像アッセンブリに関する。

このため、一実施例では、本発明は、管腔及び体腔の内部を撮像するために又は個体の外面を撮像するために前記管腔及び体腔の中に挿入するため、又は撮像した面の近くの構造を撮像するための撮像プローブであって、
ａ）遠位及び近位端部及び細長い中間部を有して長手軸を有する細長い中空のシャフトであって、エネルギビームを放射し、前記管腔及び体腔の内面又は前記体の外面から反射される反射エネルギ信号を受信するための撮像アッセンブリが、前記近位端部から離れて前記細長い中空のシャフトの中に配置され、前記撮像アッセンブリが撮像コンジットの第１の端部に接続され、前記撮像コンジットが前記細長い中空のシャフトを通って延びて当該コンジットの第２の端部で前記近位端部を介して画像処理システムに接続されており、前記撮像コンジットは前記撮像アッセンブリにエネルギを送出するよう構成されている細長い中空のシャフトと；
ｂ）ある角速度で前記長手軸を中心に前記撮像コンジット及び前記撮像アッセンブリに回転運動を与えるための回転駆動機構であって、前記角速度を変えるための調節手段を有する回転駆動機構と；
ｃ）前記撮像アッセンブリの前方視又は側視性能を提供するために前記長手軸に対して可変角度で前記細長い中空のシャフトの外の経路に沿って前記エネルギビームを送出するよう構成された可動部材を有する走査機構を具える前記撮像アッセンブリであって、前記可動部材が前記可変角度が前記角速度の関数となるように取り付けられており、前記走査機構が前記反射エネルギ信号を受信して前記撮像コンジットを介して前記画像処理システムに送出するよう構成された前記撮像アッセンブリと；
ｄ）前記回転駆動機構及び前記画像処理システムに接続されたコントローラと；
ｅ）受信した前記エネルギ信号を処理して前記管腔又は体腔の内面又は隣接構造、又は前記体の外面又は体の隣接構造の画像を生成するよう構成された前記画像処理システムと；
ｆ）前記画像処理システムに接続されて前記画像を表示する表示手段と；
を具えた撮像プローブを提供する。

別の実施例では、本発明は、管腔及び体腔の内面又は隣接構造又は個体の外面又は隣接構造を撮像するために前記管腔及び体腔の中に挿入するための撮像プローブであって、
ａ）遠位及び近位端部及び細長い中間部を有して長手軸を有する細長い中空のシャフトであって、エネルギビームを放射し、前記管腔及び体腔の内面又は隣接構造、又は体の外面又は隣接構造から反射される反射エネルギ信号を受信するための撮像アッセンブリが、前記近位端部から離れて前記細長い中空のシャフトの中に配置され、前記撮像アッセンブリが撮像コンジットの第１の端部に接続され、前記撮像コンジットが前記細長い中空のシャフトを通って延びて当該コンジットの第２の端部で前記近位端部を介して画像処理システムに接続されており、前記撮像コンジットは前記撮像アッセンブリにエネルギを送出するよう構成されている細長い中空のシャフトと；
ｂ）予め選択した角速度で前記長手軸を中心に前記撮像コンジット及び前記撮像アッセンブリに回転運動を与えるための回転駆動機構であって、前記予め選択した角速度を変えるための調節手段を有する回転駆動機構と；
ｃ）前記撮像アッセンブリの前方視又は側視性能を提供するために前記長手軸に対して可変角度で前記細長い中空のシャフトの外の経路に沿って前記エネルギビームを送出するよう構成された可動部材を有する走査機構を具える前記撮像アッセンブリであって、前記可動部材が当該可動部材の周辺エッジに取り付けられた磁石を有しており、前記走査機構が電磁石を有しており、この電磁石が前記回動可能に取り付けられた反射部材から前記磁石が前記電磁石と相互作用するよう十分に近接した間隔で設けられており、前記電磁石が電源に接続され、前記可動部材は前記可変角度が前記電磁石に印加される電力の関数となるように取り付けられており、前記走査機構が前記反射エネルギ信号を受信して前記撮像コンジットを介して前記画像処理システムに送出するよう構成されている前記撮像アッセンブリと；
ｄ）前記回転駆動機構、前記電磁石の電源及び前記画像処理システムに接続され、前記受信したエネルギ信号を処理して前記管腔及び体腔の内面又は隣接構造、又は体の外面又は隣接構造の画像を生成するよう構成されたコントローラと；
ｅ）前記画像処理システムに接続され前記画像を表示する表示手段と；
を具えた撮像プローブを提供する。

本発明の態様の機能及び利点のさらなる理解が、以下の詳細な説明及び図面を参照することによって実現し得る。

ここで、図面を参照して、単なる例として本発明の好適な実施例を説明することとする。

図１は、超音波撮像又は光撮像又はそれら双方のための撮像システムの概略図である。 図２は、コネクタ、コンジット及び撮像アッセンブリを具えた柔軟な撮像プローブの斜視図である。図２ａは、図２の点線に沿った撮像プローブの中間部の断面図で、図２ｂは、図２の撮像プローブの遠位部の拡大斜視図である。 図２ｃは、撮像プローブの回転及び非回転部品が撮像システムの残りの部分にアダプタとともにどのように接続し得るのかの概略図を示し、図２ｄは、アダプタへのプローブの回転及び非回転部品の接続の一例の斜視図である。 図３ａ乃至３ｅは、従来技術で説明されている一般的な撮像カテーテルの構成の代表例である。図３ａは、ガイドワイヤ管腔を含める場合に撮像プローブに組み込んでもよい外部シースのためのワイヤを覆う構成の一実施例を示す。図３ｂは、図３ａの鉛直ライン３ｂ−３ｂに沿った撮像プローブを通した断面を示しており、ガイドワイヤ管腔を表す。図３ｃは、ガイドワイヤ管腔を含める場合に撮像プローブに組み込んでもよい外部シースのための迅速アクセス構成を示す。図３ｄは、図３ｃのライン３ｄ−３ｄに沿ったガイドワイヤ管腔を含まない撮像プローブの部分を通した断面を示す。図３ｅは、図３ｃのライン３ｅ−３ｅに沿ったガイドワイヤ管腔を含めない撮像プローブの部分を通した断面を示す。 図４ａは、撮像プローブの遠位部のアッセンブリのシェルを切り取った傾斜部品を含んだ斜視図である。図４ｂは、図４ａの傾斜部品を含めた撮像アッセンブリの関連する軸を示す。 図４ｃ−ｆは、外力が無いときに撮像プローブの長手軸の周りに回転する場合に好適な方向を向く傾斜部品の長手方向及び軸方向の断面のいくつかの実施例を示しており、傾斜軸が長手軸に対して略垂直である。 図４ｇ−ｈは、外力が無いときに撮像プローブの長手軸の周りに回転する場合に好適な方向を向く傾斜部品の長手方向及び軸方向の断面のいくつかの実施例を示しており、傾斜軸が長手軸に対して略垂直である。 図４ｉ−ｌは、外力が無いときに撮像プローブの長手軸の周りに回転する場合に好適な方向を向く傾斜部品の長手方向及び軸方向の断面のいくつかの実施例を示しており、傾斜軸が長手軸に対して略垂直である。 図５ａ−ｄは、音響及び光撮像の双方が可能な撮像プローブの遠位端を示しており、傾斜偏向面が撮像アッセンブリの回転速度の関数として撮像角度を変え得る。 図５ｅ−ｆは、音響及び光撮像の双方が可能な撮像プローブの遠位端を示しており、傾斜偏向面が撮像アッセンブリの回転速度の関数として撮像角度を変え得る。 図５ｇは、音響及び光撮像の双方が可能な撮像プローブの遠位端を示しており、傾斜偏向面が撮像アッセンブリの回転速度の関数として撮像角度を変え得る。 図５ｈ−ｉは、図５ｅ乃至５ｇに図示された実施例を実施するよう使用し得る撮像アッセンブリの欠けた分解図を示す。 図６ａ−ｂは、音響撮像し得る撮像プローブの遠位端を示しており、音響トランスデューサが傾斜部品に直接的に取り付けられている。 図６ｃ−ｅは、音響撮像し得る撮像プローブの遠位端を示しており、音響トランスデューサが傾斜部品に直接的に取り付けられている。 図６ｆ−ｇは、光撮像し得る撮像プローブの遠位端を示しており、光エミッタ及び／又はレシーバの少なくとも一部が傾斜部品に直接的に取り付けられている。 図６ｈ−ｊは、光撮像し得る撮像プローブの遠位端を示しており、光エミッタ及び／又はレシーバの少なくとも一部が傾斜部品に直接的に取り付けられている。 図７は、音響撮像し得る撮像プローブの遠位端の一例を示しており、変形部品が撮像用及び／又は治療用エネルギのエミッタ及び／又はレシーバを担持している。撮像角度が撮像アッセンブリの回転速度の関数として変化する。 図８ａ−ｃは、撮像プローブの一例を示しており、変形部品が弾性支持構造によって強化されており、撮像アッセンブリ及び外部シースが任意の洗浄ポートを有している。 図８ｄは、撮像プローブの一例を示しており、変形部品が弾性支持構造によって強化されており、撮像アッセンブリ及び外部シースが任意の洗浄ポートを有している。 図９は、ＧＲＩＮレンズ又は屈折媒質を使用して実現する撮像角度を拡大することを示す。 図１０は、撮像プローブの一例を示しており、変形部品がエミッタ及び／又はレシーバではなくてエネルギ偏向部品を担持している。 図１１は、傾斜部品の一例を示しており、傾斜部品に撮像アッセンブリの流体媒質の中で翼部として機能する１又はそれ以上の構造上の形態を含めることによって傾斜動作が調節及び好適には拡大される。 図１２は、変形部品の一例を示しており、傾斜部品に撮像アッセンブリの流体媒質の中で翼部として機能する１又はそれ以上の構造上の形態を含めることによって変形が調節及び好適には拡大される。 図１３ａ及び１３ｂは、本発明によって実現し得る前方視の走査パターンのいくつかの例である。図１３ｃ及び１３ｄは、本発明によって撮像し得る側方視ボリュームの例である。 図１４ａは、偏光器として機能する傾斜部品及び撮像アッセンブリの外部シースに対する角度位置を特定する光回転エンコーダを含む撮像プローブの一例である。 図１４ｂは、回転エンコーダを含めたプローブを表す断面図である。 図１５は、撮像プローブの一例であり、別の傾斜部品と機械的に結合することによって傾斜部品の傾斜が一部において達成される。 図１６ａ−１６ｃは、撮像プローブの例であり、超音波トランスデューサ又は光撮像エミッタが主に側方視撮像のために構成されており、走査機構が撮像角度を変化し得る。 図１７ａ−ｃは、本発明による光撮像と超音波トランスデューサとの結合に適した実施例を示す。 図１７ｄ−ｇは、本発明による光撮像と超音波トランスデューサとの結合に適した実施例を示す。 図１８ａは、平らな光学的な反射可能な層を具え音響的な反射層の形状の偏向部品の斜視図である。図１８ｂ乃至１８ｄは、偏向部品の断面を示す。 図１９ａ及び１９ｂは、操作可能なガイドワイヤを具えて前方視カテーテルの遠位部を偏向させる柔軟性のある撮像プローブ又は撮像カテーテルの使用の一例を示す。図１９ｃ及び１９ｄは、撮像プローブの一例を示しており、操作可能なガイドカテーテルを使用して撮像プローブの遠位部を偏向させる。 図１９ｅ−ｈは、撮像プローブが閉塞部を通して移動するために十分に大きな経路を作り得るように、ガイドワイヤの遠位部全体に膨張可能なバルーンを組み込んだ操作可能なガイドワイヤとともに使用する撮像プローブの一例を示す。 図２０ａ及び図２０ｂは、傾斜部品の偏向を引き起こし易くするために傾斜部品に加重した弾性部材をどのように取り付け得るのかを示す。

一般的に言って、本書に記載のシステムが、光学的又は音響撮像（又は双方）を用いた撮像プローブを扱っている。必要に応じて、本発明の実施例を本書で開示する。しかしながら、開示した実施例は単なる典型例であって、多くの方法で及び代替的な形式で本発明を実施してもよいことに留意されたい。図面は等尺ではなく、特定の要素の詳細を示すよういくつかの態様が誇張され又は最小化する一方、新たな態様が曖昧のなるのを防ぐよう関連する要素を削除している。このため、本書で開示される特定の構造及び機能の詳細は、限定するものと解釈すべきではなく、特許請求の範囲の単なる基準であり、本発明を様々な用いるために当業者に示唆するための代表的な基準である。限定ではなく示唆を目的として、説明される実施例は撮像プローブを扱う。

本書で使用するように、「約」、及び「ほぼ」という用語は、寸法、温度又は他の物理的な特性又は特徴の範囲とともに使用する場合に、平均して大部分の寸法が満足するが条件を満たす寸法がこのような範囲の外側に有るような実施例を排除しないように、寸法範囲の上限及び下限に存在するバリエーションをカバーすることを意味する。例えば、本発明の実施例では、撮像プローブの部品の寸法が与えられているが、それらは限定することを意味するものではないことに留意されたい。

本書で使用するように、「画像の相互整合（ｃｏ−ｒｅｇｉｓｔｅｒｉｎｇ）」という語句は、２つの手段から特定される撮像データが同じ検体（又は本発明のケースでは組織）からの撮像エネルギの形式（例えば、光子又は超音波）を検出することによって取得される場合に、ある撮像手段によって取得された撮像データのサブセットと別の撮像手段によって取得された撮像データのサブセットとが同一であるとするプロセスに関するものである。そして、第１のサブセットにおけるそれぞれの相互整合ポイントを、２つの異なる撮像手段からの２つのポイントが撮像される検体（又は組織）の同じ焦点領域から取得されると思われる場合に、第２のサブセットの対応するポイントにマッピングし得る。

良好且つ正確な撮像又はその部分の相互整合は、２又はそれ以上の撮像手段を用いて取得した画像間が、それが複数の機会を提供して２以上の撮像手段による関心のある撮像検体の特性を評価し得る点で有用である。

図１は、本発明に従って構成された全体を符号１０で示す典型的な画像処理システムの概略図を示す。それは、アダプタ１４を介して画像処理及び表示システム１６に接続する撮像プローブ１２を具えている。画像処理及び表示システム１６は、必要なハードウェアを具えており、１又はそれ以上の以下のような撮像手段を具えている。すなわち：１）超音波、２）光コヒーレンストモグラフィー（断層映像法）、３）血管内視鏡、４）赤外線撮像、５）近赤外線撮像、６）ラマン分光法ベースの撮像及び７）蛍光撮像である。

光コヒーレンストモグラフィー、超音波、血管内視鏡及び赤外線撮像回路の実施が、従来技術で説明されている。

ここで説明されるシステムは、さらに一般に、コントローラ及び処理ユニット１８具え、本システムの多くの機能的ユニットの協調的作動をし易くしており、さらに、ディスプレイ及び／又はユーザインタフェースを具えており、さらに、電極センサを具えていて撮像される患者の体から心電図信号を受信する。心電図信号を使用して、心臓の動きが画質に影響を及ぼす状況において撮像データの受信のタイミングを決めてもよい。また、心電図信号は、モータの回転スピードを変えることで所望の走査パターンを実施するといった、シーケンスを開始するためのトリガとしても機能する。例えば、画像シーケンスのＥＣＧのトリガ開始により、収縮期又は拡張期といった心臓周期の特定のフェーズの間に画像を受信し得る。

画像処理及び表示システムを形成する光回路及び電子機器２１は、本発明の特定の実施に含まれる場合、以下の機器、すなわち：干渉計機器、１又はそれ以上の光参照アーム、光マルチプレクサ、光デマルチプレクサ、光源、光検出器、分光計、偏光フィルタ、偏光コントローラ、タイミング回路、アナログデジタル変換器及び既知の他の機器のうちのいくつか又は全てを有しており、背景技術及び従来技術で説明された光撮像技術のいずれかをし易くしている。超音波回路２０は、以下の成分、すなわち：パルス発生器、電子フィルタ、アナログデジタル変換器、パラレル処理アレイ、包絡線検波、減衰補正アンプを含むアンプ及び既知の他の成分のいくつか又は全てを有しており、背景技術及び従来技術で説明した音響画像処理方法をし易くしている。

コントローラ及び処理ユニット１８は、本発明の特定の実施に含まれる場合、複数の目的に適しており、特別な撮像システムの必要性に基づいて構成要素が明らかに採用されている。それは、モータドライブコントローラ、（メモリ、ハードディスクドライブ、リムーバブルの記憶装置、ＣＤ又はＤＶＤといった携帯型の記憶媒体用の読込装置及び記録装置）データ記憶成分、位置検出回路、タイミング回路、心臓開閉機能、３次元画像プロセッサ、走査変換器及びその他のうちの１又はその組み合わせを有している。また、ディスプレイ及びユーザインタフェース２２が、リアルタイムの表示又は画像データを取得する時間よりも遅い時点でのデータ表示のために任意に設けられている。

撮像プローブ１２は、その遠位端３２の近くの撮像アッセンブリ３０、実質的にその長さの一部に沿った光撮像コンジット３４、その近位端３８のコネクタ３６を具えている。本発明では、撮像アッセンブリ３０は、概略的に、撮像アッセンブリ３０に近接する領域を撮像するために信号（音響又は光（又は双方））が集められる撮像プローブ１２の構成要素に関する。画像処理アッセンブリ３０は、撮像エネルギの１又はそれ以上のエミッタ及び撮像エネルギの１又はそれ以上のレシーバを有している。本発明では、「撮像エネルギ」は光又は音響エネルギ又は双方に関する。特に、光は、紫外線、可視光線、赤外線スペクトルの波長にわたる電磁波に関する。例えば、音響撮像では、撮像アッセンブリ３０が、エミッタ及びレシーバ双方の音響エネルギを含んだ超音波トランスデューサを含んでいる。

光撮像では、撮像アッセンブリ３０が一般に、光レシーバとして機能する（ボールレンズ又はＧＲＩＮレンズといった）レンズといった光部品の組み合わせとともに光ファイバの遠位先端部を含んでいる。ミラー及び／又はプリズムは、多くの場合、光エミッタ及び／又はレシーバの部分として組み込まれている。撮像アッセンブリ３０、コネクタ３６及び／又は撮像コンジット３４に食塩水といった液体を満たしてもよく、洗い流してもよい。

撮像プローブ１２は、その長さに沿った１又はそれ以上の場所でポートを含んでおり、洗浄し易くなっている。光撮像では、ガスを満たした撮像プローブ１２を考えることができる。好適には、このガスは実質的に、二酸化炭素又は別の容易に分解し得るガスを具えている。代替的に、光撮像のために少なくとも１のガスを満たした区画又は管腔を有するように、又は音響撮像のために少なくとも１の液体を満たした区画又はチャンバを有するように、撮像アッセンブリを区画化してもよい。

撮像コンジット３４は、コネクタを介してエミッタ及び／又はレシーバをアダプタに接続する少なくとも１の光導波路又は少なくとも１（好適には２又はそれ以上）の導電ワイヤを具えている。また、撮像コンジット３４は、撮像アッセンブリの回転又は平行移動のための機械的な力の伝達機構として機能する。例えば、撮像コンジット３４は、互いに絶縁された２層の電気ワイヤが巻かれた光ファイバを具えている。さらに、関連技術で説明したように、走査機構の回転のために撮像用トルクケーブルを構成するために使用される螺旋状に巻かれたワイヤ又は他の構成といった他の構造的特徴によって撮像コンジット３４を強化してもよい。

アダプタ１４は、ファイバ及び／又はワイヤの中の信号を適宜な画像処理ユニットに伝達する役割をする。それは、好適には、回転運動を与えて撮像プローブの部品を回転させるためのモータドライブユニットを含んでいる。また、アダプタ１４は、引き戻し機構４９（図２ｄ）又は往復式プッシュプル機構を組み込んでおり、撮像アッセンブリの長手方向の移動がし易くなっている。撮像アッセンブリ３０のこのような長手方向の移動は、撮像コンジット３４を囲む外部シャフトの長手方向の移動とともに生じるか、又は相対的に固定された外部シャフトの中で生じる。

例えば、撮像プローブ１２の中の回転部品の回転角度を検出するために、アダプタ１４の部分として例えば位置検出回路といった付加的なセンサを組み込んでいる。また、撮像プローブ１２は、撮像システムについての撮像プローブに関する情報を有するＥＥＰＲＯＭ又は他のプログラム可能な記憶装置といった記憶構成要素を有している。例えば、それは撮像プローブ１２の特性の特定に関する特性を有しており、又はプローブ１２に関する較正情報を有している。付加的に、アダプタ１４は、撮像プローブ及びシステムの残りの部分の間の電気信号の伝達又は電力を改善するためのアンプを有してもよい。

低侵襲的プローブの形状を最適化する必要性を認識することが重要である、そこで所望の目的に達するためにプローブはできる限り小さくしたほうがよい。現状のＩＶＵＳ及びＩＣＥプローブは、約０．９乃至４ｍｍ径であり、血管の大きさが先細になるため小さなサイズのプローブを冠動脈の組織の血管樹の中でより遠位に送出し得る。このように、より小さなサイズは一般に冠動脈の組織のより大きな部分を調査し得る。このため、プローブの直径といったプローブの特定の寸法を最小限にする構成でここで説明するような走査機構とともに行われる撮像を用いて撮像し得るプローブの実施例を有するのが望ましい。

図２は、光ファイバ４０及び同軸の電気ワイヤ５０を含む柔軟性のあるカテーテルの斜視図である。近位のコネクタが、撮像用光ファイバ４０を光撮像システムの「後端」に光結合させるアダプタによって受容され得る光ファイバ４０を含んでいる。また、１又はそれ以上の電気コンジットを超音波回路及び／又はコントローラ及びプロセシングユニットに接続し得る電気コネクタ５６を有している。撮像コンジットがその長手軸の周りを回転する実施例では、撮像用光ファイバ回転部品を、光撮像システムの後端１６に接続する相対的に固定された光ファイバに接続させる必要がある。回転光ファイバプローブの接続を、撮像プローブ３６の近位コネクタの部分として、又はアダプタ１４の部分として組み込まれた光ファイバ回転ジョイントを使用して実現し得る。同様に、撮像コンジットがその長手軸の周りを回転する実施例では、撮像コンジットとともに回転する導電ワイヤを、相対的に固定された超音波回路及び／又はコントローラ及びプロセシングユニットの導電体に、好適にはスリップリングによって接続させる必要性がある。これらのスリップリングを、撮像プローブ３６の近位のコネクタの部分として又はアダプタ１４の部分として組み込むことができる。

図２ａは、光ファイバ４０、ガイドワイヤポート４４及びガイドワイヤ４２、撮像コンジット３４、撮像コンジット管腔４６、生理的に適合する材料でできており、管腔及び体腔の中に中空の細長いシャフトを挿入し得るのに適した直径を有する中空の柔軟性のある細長いシャフトである外側シース４８、及び同軸の電気ワイヤ５０を示す点線に沿った図２の撮像プローブの中間部の断面図を示す。図２ｂに示す撮像プローブ１０の端部の拡大詳細図が、外側シース４８の端部及びシース４８の端部のフラッシュポート５４を超えて延びるガイドワイヤ４２の遠位端を示す。図２で、撮像プローブ１０の近位端が、ガイドワイヤ４２を挿入する別のガイドワイヤポート５５及びフラッシュポート５８及びコネクタ本体に沿って電気接点５６を有するコネクタアッセンブリ３６を有している。

図２ｃは、回転及び非回転部品をアダプタを介して撮像システムの残りの部分にどのように接続し得るかの概略を示す。図２ｄは、撮像プローブの回転部品をアダプタの回転部品にどのように接続し得るかの概略を示す。それぞれの回転部品を、コネクタ及び当技術分野で既知の他の構成を用いて電気的、光学的及び／又は機械的に結合し得る。同様に、撮像プローブの非回転部品を、アダプタ１４の非回転部品に結合し得る。アダプタ１４は、非回転部品に回転部品を電気的又は光学的に結合させて、システムの残りの部分と必要な電気的及び光学的信号をやり取りし得るために、スリップリング、光回転ジョイント及び他のこのような手段を有している。

また、２つの光ファイバ回転ジョイントを利用し得るが、相当に複雑となる。撮像プローブ１２の回転部品に取り付けられた導電体間の電気的接続を、金属のスリップリング及びバネ、金属のスリップリング及びブラシ又は固定式導電体及び回転式導電体間で導電性の端子を形成する他の良く知られた方法を介して非回転導電要素に接続し得る。

電気的、光学的及び機械的結合を図２ｄに別々に示すが、特定の実施例では必要に応じていくつかのコネクタを一体型のコネクタに組み合わせることによって、プローブとアダプタとの間で別々に接続されるいくつかのコネクタを少なく減らすことが可能である。

音響及び光撮像の双方を用いて上記の実施例を示すが、音響手段無しに又は光学手段無しにカテーテルを実施することが可能である。

図３ａは、外側シース４８のためのワイヤを覆う構成の一実施例を示しており、図３ｂは、図３ａの垂直線３ｂ−３ｂに沿って撮像アッセンブリ３０を含む部分を通るシース４８の断面を示す。図３ａでは、図３ａの垂直線３ｂ−３ｂに沿った図３ｂの断面に示すようにガイドワイヤコンジット４４が外側シース４８の厚い部分に設けられている。

図３ｃは、ガイドワイヤを必要とする場合に撮像プローブに組み込んだ外側シースに関する「迅速交換」構成の別のシース６０の実施例を示す。図３ｃのシース６０は、図２に示す入口ポート５５を有している。図３ｄは、図３ｃのライン３ｄ−３ｄに沿った、ガイドワイヤ用の入口ポート５５の近位の部分を通る「迅速交換」構成６０の断面を示す。図３ｅは、図３ｃのライン３ｅ−３ｅに沿った断面を示す。

本発明は、前方及び側方視の超音波（ＩＶＵＳ）及び光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）撮像を提供するための走査機構の実施例を開示している。超音波及び光コヒーレンストモグラフィーでは、放射及び／又は受信される撮像エネルギの伝播角度を調整するための能力により、撮像アッセンブリの回転運動と組み合わせると、三次元ボリュームを走査し得る。血管内視鏡及び赤外線撮像については、放射及び／又は受信される撮像エネルギの伝播角度を調整するための能力により、撮像アッセンブリの回転運動と組み合わせると、ファイバの束又は受光素子の配列を要さずに、一つの光ファイバを用いて画像を形成し得る。このような改良により、柔軟性が高くなり及び／又は撮像装置をさらに最小化し得る。

光及び音響画像が、光及び音響撮像エネルギが同じような全体的な空間を通る構成で生じることが、本発明のさらなる利点であり、光及び音響撮像の相互整合を促進し、撮像アッセンブリの中で要する空間の大きさを最小限にして２以上の撮像手段に適合する。にもかかわらず、超音波又は単一の光学的撮像方法といった単一の撮像手段とともに走査機構を適用し得る。同様に、（超音波と組み合わせるか否かに拘わらず）２又はそれ以上の光撮像方法が、単一のプローブに走査機構を同時に使用し得る。

図４ａは、外側シース６０１の取り除かれた部分６０５を示す、撮像プローブ１２の遠位部の一部を切り取った斜視図を示す。撮像アッセンブリの部分を形成する傾斜部品６０２が、撮像プローブ１２の中に設けられており、傾斜部品６０２の傾斜軸６０４に延びるピン６０３に取り付けられている。

撮像目的で３次元を走査し得る本発明のいくつかの実施例では、都合良く求心加速度の原理を使用する。直接的にトランスデューサを傾斜させる又は反射体を傾斜させるモータ又はケーブルといった機構及びプーリシステムが、従来技術で提案されている。ここで開示された本発明のいくつかの実施例が、撮像アッセンブリの回転速度を変えることによって、部品を傾斜又は変形させる能力を有している。

図４ｂを参照すると、部品の傾斜又は変形を使用して傾斜角αを変える。撮像角度を、撮像プローブ１２の長手軸６０６と撮像エネルギが放射及び／又は受信される方向との間の角度として定義する。本発明では、撮像角度が、傾斜部品６０２の傾斜角αの関数、又は傾斜角αによって多くの場合表される変形部品の変形の程度のいずれかである。

図４ｂは、傾斜部品６０２の回転軸に対する傾斜角αの概略を示しており、傾斜角６０４の周りを回動する円板として傾斜部品６０２を示す。撮像システムの傾斜又は変形部品６０２の角速度を変える能力及びそれに続いて撮像角度を変える能力を、我々の実験結果から本発明の明細書において以下に記載することとする。

まず、傾斜部品６０２によって撮像角度を変えるケースを説明することとする。撮像アッセンブリは、撮像プローブの長手軸６０６に対して略垂直な軸（傾斜軸）６０４の周りを回転し得る傾斜部品６０２を有している。例えば、傾斜部品６０２を、ヒンジ、１又はそれ以上のピン（上記のようなピン６０３）、バネ又は変形可能な基板に取り付けることができ、又はそうでなければそれらに接続させることができ、傾斜軸６０４の周りを回転させ得る。

傾斜部品６０２は、特に、撮像アッセンブリが傾斜軸以外の軸の周りを回転する場合に、別々の数（一般に１又は２）の好適な方向を有するという特性を有している。好適には、撮像アッセンブリの回転軸は、撮像プローブの長手軸６０６と実質的に一致する（すなわち、平行且つ最も近い）。好適には、傾斜角が長手軸に直交する。重力又は撮像アッセンブリの回転に関与する求心力以外の（下記の復元力といった）他の力がない場合は、傾斜部品６０２自身が傾斜軸の周りの好適な方向を向く。

図４ｃ乃至図４ｌは、部品が外力がないときに撮像プローブ１２の長手軸６０６の周りを回転する場合に好適な方向を向く傾斜部品の長手方向及び軸方向の断面のいくつかの非限定的な実施例を示しており、傾斜軸６０４は長手軸６０６に対して略垂直である。

特に図４ｃは、撮像プローブの実施例の長手方向の断面の一例であり、傾斜部品はピン６１１の上の円板６１０である。図４ｄは、ライン４ｄ−４ｄに沿った対応する断面図である。

図４ｅは、撮像プローブの実施例の長手方向の断面であり、傾斜部品は、ブラケット６１３に取り付けられた球６１２の一部である。図４ｆは、図４ｅのライン４ｆ−４ｆに沿った対応する断面図である。

図４ｇは、撮像プローブの実施例の長手方向の断面図であり、傾斜部品６１４が任意の外形を有しており、傾斜部品６１４のピン６１１に対する位置を安定化するのを助けるスペーサ６１５でピン６１１に取り付けられている。図４ｈは、図４ｇのライン４ｈ−４ｈに沿った対応する断面図である。

図４ｉは、撮像プローブの実施例の長手方向の断面であり、傾斜部品６２０がピン６２２によって取り付けられているため、傾斜部品６２０が回動軸６２６の周りを回動する。図４ｊは、図４ｉのライン４ｊ−４ｊに沿った対応する断面図であり、ピン６２２が傾斜部品６２０の側面に設けられたピン６２２を受容する凹み６２４の中に延びている。本実施例における回動機構の小さな表面積は、回動軸６２６の周りの摩擦を最小限にするのに有利である。好適には、ピン６２２は、ピンの場所の近くで傾斜部品６２０のみに接触して表面の接触領域を最小限にする。

図４ｋは、撮像プローブの実施例の長手方向の断面であり、傾斜部品６３０が撮像プローブの回転軸６０６と交わらない回動軸６３２に取り付けられている。図４ｌは、図４ｋのライン４ｌ−４ｌに沿った対応する断面図である。機能的にこの回動軸は、傾斜部品を含む実施例にける傾斜軸と同一である。

傾斜部品７０の機能的な目的は、（光線又は音響エネルギといった）撮像エネルギが周囲の環境に向けて放射される及び／又は撮像エネルギを周囲の環境から受信する、撮像プローブ３１（図５ａ）の長手軸からの角度を変え得ることである。これは、傾斜部品７０に（超音波トランスデューサ又は光部品といった）エミッタ部及び／又はレシーバ部を取り付けることによって実現し得る。撮像アッセンブリの回転スピードを変えることによって、傾斜角さらには光又は音響エネルギが放射及び／又は受信される角度が変わる。

代替的に、傾斜部品７０を使用して、図５に示すように傾斜部品７０に直接的に取り付けられていない部品８８によって放射及び／又は受信される撮像エネルギを偏向させることができる。例えば、上記のように、超音波トランスデューサ８８又は光エミッタ９２が撮像エネルギを傾斜部品７０に向けることが可能である。そして、傾斜部品７０に取り付けられたエネルギ偏向部品によって撮像エネルギを偏向させる。超音波撮像では、エネルギ偏向部品（傾斜部品７０）が、固体金属面（例えば、ステンレス鋼）又は石英結晶又はガラス又は硬質ポリマーといった結晶面といった音響的に反射可能な面を具えている。

光撮像では、エネルギ偏向部品（傾斜部品７０）が、研磨した金属、金属化した二軸延伸ポリエチレンテレフタラート（マイラー）といった金属化ポリマー、スパッタリングによって又は電気化学的に蒸着した金属、金属箔又は薄膜反射体といった他の反射可能な部品でできた鏡面といった光学的に反射可能な面を具えている。鏡面を作るのに一般に使用される金属は、アルミニウム、銀、鋼、金又はクロムを有している。

図５ａは、傾斜部品７０を有する撮像アッセンブリ３０を含む撮像プローブ３１の遠位端２９の実施例を示しており、傾斜部品は、上記の図４ｂと同じようなピンの周り円板７０を回動させ得るピン７２に取り付けられた円板である。ピン７２は、傾斜部品７０の傾斜角を規定する。撮像アッセンブリ３０が動作停止しているときに、円板７０は任意の開始位置に留まっている。図示する実施例では、捩りバネ７６によって与えられる復元力が円板７０を上記の止め具８０に向けて押圧する最大撮像角度に対応する止め具８０によって、この開始位置を規定する。図５ｂは、図５ａのライン５ｂ−５ｂに沿った断面を示す。

傾斜部品７０が、重力、磁力、静電気力、他の可動部分又は流体との摩擦、圧縮力、片持ち力、垂直抗力、又は傾斜軸の周りの傾斜部品７０への不完全な反作用トルクの他のソースといった外力によってその好適な向きから離れて傾斜する場合、傾斜角が増加する。

１又はそれ以上の止め具８０及び８２が、傾斜部品７０の傾斜角の範囲を規制してもよい。例えば、止め具８０は、傾斜部品７０が止め具８０と接触しつつ傾斜部品７０がその傾斜角度をさらに変えるのを止め具が防止するように、撮像アッセンブリ３０のシェル８４から延びるポスト又はリップでよい。このため、止め具を使用して傾斜角度が止め具の位置によって決まる最大値を超えるのを制限し得る。傾斜角度がこのような最大値に達すると、止め具８０によって傾斜部品７０に発生する垂直抗力が復元機構に抗する。多くの実施例では、このような最大傾斜角は、撮像アッセンブリ３０が停止して低い回転スピードにあるときに達する傾斜角である。

付加的又は代替的な止め具８２を含めて、傾斜部品７０が動作範囲の上限で回転スピードに達する最小傾斜角を形成し得る。実際には、以下の特定の実施例の説明で明らかとなるように、傾斜角度がゼロに達し得る点で大きな効果が無い多くの状況がある。

好適には、撮像アッセンブリ３０は、傾斜部品７０の傾斜角度を増加させ易い１又はそれ以上の機構を有している。本発明の目的では、このような機構を復元機構と称する。１又はそれ以上のバネ７６が傾斜部品７０に機械的に接触又は結合する場合に、（図５ａ及び５ｃに示すような）捩りバネ７６又は圧縮バネを復元機構として使用し得る。他端が撮像アッセンブリの本体といった撮像プローブ３１の別の部分に機械的に結合される。

撮像アッセンブリ３０が回転するときに、円板７０の面によって規定される平面の法線が長手軸に対して略平行となるように、円板７０が自分の位置を調整しようとする。図５ｃに示すように、（最小撮像角度に対応する）図示する他の止め具８２が、円板７０が撮像アッセンブリの高い回転スピードでその好適な向きに達するのを防止する。適切に構成された撮像アッセンブリでは、最小撮像角度に対応する止め具８２が角度ゼロに一致して、撮像プローブの長手軸に平行な方向の画像を提供し得る。図５ｄは、図５ｃのライン５ｄ−５ｄに沿った断面を示す。

代替的に、傾斜部品に傾斜軸周りにトルクを加える磁気、静電気、油圧又は他の機構を適用し得る。復元力を与えるよう使用し得る機構の他の実施例が、（ゴム、ポリウレタン、シリコーン、フルオロエラストマー、熱可塑性樹脂及びその他多くのものといった）エラストマーからの張力又は片持ちバネ又はフォイルの使用を有している。撮像装置の非常に小さな実施例では、撮像アッセンブリの部品間の静電力及びファンデルワールス力といった分子間力が、外部から電圧を印加しなくても非常に重要となる可能性の場合、傾斜部品と傾斜部品の近くの止め具８０及び８２といった以下の構造体との間の固有の分子間力が、正味の復元力を与えるのに十分である。例えば、ＰＶＣ又はＬＤＰＥでできた面を具える止め具が、傾斜部品と止め具との間に十分な引力を与え得る。プラスチックフィルムを使用して食料の保存のために家庭用容器を覆う方法と同じである（すなわち、Ｇｌａｄ Ｗｒａｐ）。

図５ｅは、撮像プローブ６００用の走査機構の実施例を示しており、図５ａの捩りバネ７６が、傾斜部品７０の面に接触する簡単な片持ちワイヤ６４０及び復元力を生成するためのポスト７８７に置き換わっている。片持ち６４０は、ニチノール、白金、金又はポリマーを含むいくつかの他の適切な材料でできている。

図５ｆは、撮像プローブ６７０用の走査機構の実施例を示しており、双方の傾斜部品７０が磁石６８０を具えており、撮像アッセンブリの傾斜角不変部品が復元力を生成するのに使用される磁石６８１を具えている。撮像アッセンブリの中の磁石の相対的な位置に応じて磁石が互いに引き付け合い又は反発するように、磁石を向けることができる。必要に応じて磁石の強さを調整又は変えて撮像角度を変え得るように、磁石６８１の１つを電磁石とすることが可能である。磁石からプローブの近位端に向けて延びる導電体（図示せず）を介して電磁石に通電する。傾斜部品７０がある程度の強磁性を有する場合、それは必ずしも磁石部品を傾斜部品７０に有する必要はなく、図５ｇに示すように復元力を作り出すのに１つの磁石のみで十分である。

電磁石を通る電流を変えることによって、電磁石を使用して傾斜部品７０を曲げることができ、撮像アッセンブリ又は撮像コンジットの回転運動無しに、撮像のための走査パターンを生成し得ることに留意されたい。

図５ｈは、撮像アッセンブリ３０の実施例の斜視図であり、一方、図５ｉは同じ実施例の分解図である。傾斜部品７０は、超音波トランスデューサ８８によって生成される撮像エネルギの偏向器として機能する。ピン７５２が傾斜部品７０の側面の穴の中に凹んでおり、圧入又は接着といったものによってそこに固定されている。本実施例では、ピンが外側に向いており、ピンホルダ７５１のそれぞれの凹み（図示せず）によって受容される。組み立ての際に、ピンホルダ７５１が撮像アッセンブリ３０のシェル７５３の中に固定される。ピン７５１及びピンホルダ７５２は、傾斜部品が低い摩擦で回動し得る回動軸を形成する。シェル７５３に取り付けられた止め具８２は、傾斜部品７０の最大傾斜角を規制する。片持ちバネがシェルの後ろから延びており、長手軸の周りの撮像アッセンブリの回転が無い場合又はほとんど無い場合に、傾斜部品がその最大撮像角度で静止するように、傾斜部品の底面に接触する。

図５ａ乃至５ｇを参照すると、撮像アッセンブリ３０が、光エミッタ／レシーバ及び関連する指向及び集束光学素子及び／又は超音波トランスデューサを有している。超音波トランスデューサ８８は、小さい同軸ケーブル８９の端部に取り付けられている。任意の光スペーサ（図示せず）及びレンズ９２が、図５ａの撮像アッセンブリ３０のミラー９４の近くの光ファイバケーブル９６の端部に取り付けられており、光及び超音波エミッタが傾斜部品７０に画像を送信し、傾斜部品７０から撮像エネルギを受信するよう構成されている。任意の光スペーサは、Ｍａｏによって説明されているように、光ファイバの遠位端とレンズとの間に挟まれて光撮像系の作動距離又は公差を改善し得るガラス又はポリマーといった、非クラッドファイバといった単なる透明媒質である。

好適には、エミッタ及び又はレシーバが、撮像アッセンブリとともに回転する撮像アッセンブリの部品に取り付けられている。また、しかしながら、エミッタ及び／又はレシーバを、撮像アッセンブリの中のエネルギ偏向機構が回転するが、撮像アッセンブリとともに回転しない撮像プローブの部品に取り付けることが可能である。これは、例えば外部シースにエミッタ及び／又はレシーバを取り付けることによって、又は撮像アッセンブリを１つが回転して傾斜部品７０を有する２又はそれ以上のサブアッセンブリに分けることによって実現し得る。

傾斜部品にエミッタ及び／又はレシーバを直接的に取り付ける（図６ａ乃至６ｅ）のではなく、図５ａ乃至５ｉに示すような、撮像角度を変えるためのエネルギ偏向部品の使用が好都合である。トランスデューサが傾斜部品に直接的に取り付けられる場合、エミッタ及び／又はレシーバを撮像システムの残りの部分に接続する電気及び／又は光コンジットの機械的な特性とともに、エミッタ及び／又はレシーバの機械的な特性によって傾斜動作を妨げる。エミッタ及び／又はレシーバが大き過ぎて傾斜部品又は変形部品に設置できない可能性がある。

さらに、反射面の使用により、撮像角度の変化を効果的に倍増させる。例えば、反射面傾斜角度の変化により、通常は傾斜角が２倍変化する撮像角度の変化をもたらす。このような撮像角度の倍増は、多くの実施例で走査機構によって実現し得る視野の大きさを増加し得る。

音響撮像のケースでは、音響的な反射面への強い音響パルスの適用により傾斜部品にいくらかの機械的エネルギを与えることが可能である。これは、音響的な反射面が理論的に完全な反射体として作用しない場合に生じ、傾斜部品、又は傾斜部品のいくつかの従属部品を振動させる。このような振動は、特にこのような振動のエネルギが音響レシーバに向けて戻される場合、生成される画像のアーチファクトに寄与する可能性がある。このため、傾斜部品に減衰機構を含めることが必要である。中にタングステン粉末を混ぜたエポキシといった音響超音波トランスデューサを強化するのに適した材料をこのような目的で使用し得る。減衰機構は、傾斜部品の中の追加的な層とすることができ、又は傾斜部品のピン又はピンを受容する穴に減衰材料の層を加えることによって、傾斜部品を取り付けたヒンジ又はピンの構成に組み込むことが可能である。

図６ａ乃至６ｅは、音響撮像を可能とする撮像プローブを含む撮像プローブの遠位端を示しており、走査機構が、傾斜部品に直接的に取り付けられた音響トランスデューサを有している。特に図６ａは、ピン３１２に回動するよう取り付けられ音響トランスデューサ３０４が取り付けられている傾斜部品３０２を具えた撮像アッセンブリ３００の実施例を示している。止め具３０６は、達成し得る最大撮像角度を規定する。１対の導電性部材３０８が、撮像コンジット３４から音響トランスデューサ３０４に延びている。導電性部材３０８は、好適には、細い同軸ワイヤといった非常に柔軟な構成物又は薄膜の中で１又はそれ以上の導電路を可能とする薄膜構成物である。それらの機械的な特性のために、導電性部材３０８が復元機構を提供し、導電性部材３０８が傾斜部品３０２を最大傾斜角を具えた構成に押し込み易くなる。

例えば、図６ａに示すように、導電性部材３０８の剛性により十分な力を与えることで、傾斜部品３０２が止め具３０６に支えられ、これにより、特定の実施例に関する最大撮像角度に達する。撮像アッセンブリ３００が回転しないで、又は撮像プローブの長手軸の周りを低角速度で回転しながら、このような角度に達する。図６ｂに示す撮像アッセンブリ３００は、角速度が増加することで撮像角度を変えるときに、傾斜部品３０２がどのように自分の位置を好適な形態に調整するのかを表している。

図６ａ及び６ｂに示す撮像角度及び傾斜角がほぼ等しい一方、撮像角度及び傾斜角がオフセットするように、傾斜部品３０２に音響トランスデューサ３０４を取り付け得ることに留意されたい。例えば、傾斜部品３０２の外形は、トランスデューサ３０４が取り付けられる先細面を有し得るか、又は、トランスデューサ３０４と傾斜部品３０２との間に楔を含めて、撮像角度及び傾斜角をオフセットさせることが可能である。また、図６ａ及び６ｂに示す実施例に、他の復元機構を含めることができることに留意されたい。また、図６Ｃに示すように、音響トランスデューサ３０４を傾斜部品３０２の中に配置し得る。

特定の実施例では、傾斜部品への音響トランスデューサからの導電体の接続により、導電体が硬くなり過ぎて傾斜部品が所望の適用例に関して十分に厳密に傾斜できなくなる。Ｍａｒｏｎｅｙらによる米国特許５３７３８４９に記載があるように、このような環境で誘導結合部を使用し得る。代替的に、傾斜部品に関する回動機構の１又はそれ以上のピンといった、回動機構の１又はそれ以上の部分が、傾斜部品の電気的に絶縁した導電体に対する電気接点として第２の目的を提供し得る。

図６ｄ及び６ｅは、同軸ケーブルに電気的に接続され傾斜部品３０２の中の導電経路に電気接点を与えて傾斜部品３０２のトランスデューサ３０４との結合部を提供するピン３１０の使用を示す。ピンが傾斜部品３０２に接触する場合に、ピン３１０の先端部を除いてピン３１０のコアの中で導電経路を絶縁してもよい。同様に、ピン３１０を受容するための傾斜部品の凹みを、ピン３１０の先端部との接触点を除いて、電気的に絶縁してもよい。このような環境では、傾斜部品３０２の周辺の流体が、任意に、蒸留水又は鉱物油のように、食塩水よりも低い導電率を具えている。代替的に、Ｏリングを使用して電気接点での電気的絶縁性を改善してもよい。

代替的に、導電部材３０８を光ファイバに代えることができ、音響トランスデューサ３０４を１又はそれ以上の光レシーバ及び／又はエミッタに代えることができる。

図６ｆ乃至６ｊは、光学的撮像が可能な撮像プローブの遠位端を示しており、光エミッタ及び／又はレシーバの少なくとも一部が傾斜部品に直接的に取り付けられている。図６ｆ及び６ｇでは、エネルギ偏向部品が、ガラス、透明ポリマー、及び他の多くのものといった透過屈折部材３９２でできており、プリズム又はレンズと同じような方法で撮像エネルギを偏向する。撮像アッセンブリ３０の中に取り付けられた光ファイバ３９１からの光が、傾斜部品７０に取り付けられた屈折部材３９２に向けて放射される。光ファイバの遠位端が、本発明の他の図面に示すような光スペーサ又はＧＲＩＮレンズを終端とする。図６ｆ及び６ｇの実施例では、光エミッタ及び／又はレシーバの一部のみが傾斜部品に直接的に取り付けられている。透過屈折部材３９２は、光ファイバ３９１からの機械的な影響による障害無しに傾斜部品７０を簡単に傾斜し易くする光ファイバ３９１の遠位端に直接的に取り付けられていない。

図６ｈ乃至６ｊでは、光ファイバ３９１の遠位端を含む光エミッタ及び／又はレシーバの完全な遠位端が、傾斜部品７０に機械的に結合している。また、光ファイバ３９１は、図６ｈに示すように、復元力を与えて傾斜部品７０をその最大傾斜角度に傾ける機械的部品として機能する。高い回転スピードでは、図６ｉに示すように、傾斜部品７０が整列し易くなる。図６は撮像アッセンブリ３０の正面図である。

代替的に、図６ａ乃至６ｊの導電部材３０８及び光ファイバ３９１を、導電部材３０８及び１又はそれ以上の光ファイバ３９１の組み合わせに代える一方で、音響トランスデューサ３０２を導電部材３０８及び１又はそれ以上の光ファイバ３９１の組み合わせに代えることが可能である。特定の実施例で導電部材３０８及び／又は光ファイバの数が増えると、特定の実施例で導電部材３０８及び／又はファイバの剛性が増加するため、傾斜部品によって達成され得る撮像角度の範囲に影響を及ぼすことに留意されたい。

特定の実施例では、ピン及びピン受容部材を通してファイバを含めることによって、回転光ジョイントを回動機構に含めてもよい。単一モードの光ファイバ透過のこのような回転ジョイントはかなりの精度（４乃至１２ミクロンのオーダーの直径を具えたファイバの配列）を要するが、マルチモードファイバ（５０乃至２５０ミクロンのオーダーの直径）に見られるのと同じような光学的光路の結合に適した回転ジョイントの方が実行が容易である。（Ｇｒｉｎｔｅｃｈ社、独から入手可能な）平らな光波回路、自由空間チャンネル、プリズム及びレンズを使用して、傾斜部品に組み込まれた部品に光を通し、ＯＣＴ、血管内視鏡、赤外線撮像、近赤外線分光法及び蛍光画像といった光撮像に適した方法で光を通し得る。

さらに代替的な実施例があり、撮像アッセンブリの回転速度を変えて撮像角度を変化させる。傾斜部品を回動軸の周りで傾斜させずに、エミッタ及び／又はレシーバを移動させ又はエネルギ偏向機構を移動させる。折り曲げ可能な部品が、撮像アッセンブリの回転軸からのその半径方向距離に対してその長さに沿って１又はそれ以上のポイントに拘束されるが、その長さ方向の大部分にわたって拘束されない構造的アッセンブリを具えている。

本明細書では、折り曲げ可能な部品の「半径方向に拘束される」部分は、撮像アッセンブリの回転軸から相対的に固定された折り曲げ可能な部品の部分を意味している。同様に、折り曲げ可能な部品の「半径方向に拘束されない」部分は、撮像アッセンブリの回転軸からの半径方向の距離が求心運動、重力、静電気力、磁力その他によって変わり得る、折り曲げ可能な部品の部分を意味している。構造的アッセンブリは、曲げられるプラスチック、ワイヤ、フォイル又は光ファイバでできた棒の薄くて細長い部分を具えてもよい。それは、強度、弾性、変形に対する機械的ヒステリシス及びその他に関する機械的な特性を変える従属部品の集まりを具えてもよい。

撮像角度を変えるために折り曲げ可能な部品を使用するための動作原理は、撮像アッセンブリが回転する際に折り曲げ可能な部品が求心加速度によって曲がることである。折り曲げ可能な部品の異なる部分が、折り曲げ可能な部品の形状とともに、折り曲げ可能な部品及び従属部品の機械的な特性を含む多くのファクタに応じて、所定の回転に対して異なる方向に又は異なる程度に曲がる。説明のために、折り曲げ可能な部品をボクセルと称される非常に小さい体積の集まりとしてモデル化し得る。折り曲げ可能な部品の半径方向に拘束された部分の中のボクセルは、回転軸からのそれらの近似距離を維持する一方、半径方向に拘束されない部分のボクセルは、慣性のためほぼ円形路の接線方向に移動し易くなる。

折り曲げ可能な部品の内部の力（張力、圧縮力等）は、通常、ボクセルが完全な接線経路を追随するのを防ぐ。折り曲げ可能な部品が取る形状は、折り曲げ可能な部品の材料の特性及び外形に大いに依存するが、回転速度が変化すると形状を変える。異なる形状及び予測される実施例を以下に説明する。回転する際に折り曲げ可能な部品の曲げ特性を重さによって調整する折り曲げ可能な部品の長さ方向に沿って加えられる光部品を設けてもよい。重くした部品は、折り曲げ可能な部品の曲げ特性を簡単に調整するのに役立ち、又は、それらは撮像エネルギを偏向する偏向部品として機能するといった機能的な目的を与える。

ここで、折り曲げ可能な部品によって撮像軸を変える場合の撮像アッセンブリの例を説明する。近位端が撮像アッセンブリに固定され、又はそうでなければ撮像アッセンブリに取付又は固定されていない曲がり棒を考える。停止時に、曲がり棒の長手軸が、回転軸に対して略平行に位置し、回転軸からわずかにオフセットする。撮像アッセンブリが回転すると、曲がり棒の拘束されていない部分の各ボクセルが、回転軸からの距離を徐々に増やす。棒は、棒の半径方向に拘束されていない部分の曲率で曲がる。これは、曲がり棒が光が放射及び／又は受信される光ファイバの場合に、撮像目的に有用となる。棒が曲がると撮像角度が変化する。

光ファイバの遠位端にレンズを設けてもよく、レンズが所定の回転速度で折り曲げ可能な部品の曲率の程度を大きくする重くした部品となる。任意に、ステンレス鋼のシリンダ又はリングといった追加の重りを、加えて曲率の大きさをさらに増やし得る。同様に、曲がり棒が超音波トランスデューサに対して電気信号を送受信するための導電ワイヤを含む柔軟なコンジットの場合に、撮像目的に棒を役立たせることが可能である。超音波トランスデューサは、所定の回転速度で曲がり棒の曲率の大きさを変える重くした部品である。他の材料によって折り曲げ可能な部品を強化して、その機械的な特性を変え得る。例えば、細いニチノールの棒を使用して光ファイバ又は電気コンジットを強化して所定の回転速度で受ける曲率の大きさを小さくし、停止時に真っ直ぐな形態に戻る折り曲げ可能な部品の予測可能性を改善し得る。本実施例では、撮像アッセンブリのエミッタ及び／又はレシーバが折り曲げ可能な部品に直接的に取り付けられている。

折り曲げ可能な部品は、薄膜及びフィルムの他に、円形、方形又は矩形の棒を含むいくつかの形状を有してよい。それは、圧縮バネに見られるようなヘリカル又は螺旋状の形状の外形を代替的又は付加的に具えてもよい。使用される材料は、その開始位置に予想通りに及び繰り返して戻し得るある程度の弾性を有している。実施例は、シリコーン、ゴム及び多くの他の材料の他にポリイミド及びポリウレタンを含むポリマーを有している。良好な弾性を具えた材料は、ニチノール、黄銅、金、銀、白金、鋼、及び他のものを有している。材料の固有の特性として要求される弾性の大きさは、折り曲げ可能な部品の材料の外形に応じて顕著に変化する。例えば、所定の材料は、十分な柔軟性又は弾性を有さなくてもよい一方、方形の棒の形状ではバネの形状の部品に組み込まれた場合、十分な柔軟性及び弾性を有する。

図７ａ乃至７ｃは、撮像コンジット３２２の遠位端の近くの撮像アッセンブリ３２０の実施例を示す。変形部品３２４が、撮像コンジット３２２の中から延びて実質的に拘束された近位部３２６及びファイバ３２６の遠位端の近くの実質的に拘束されない部分３２８を有する光ファイバ３２６を具えている。図７ａ乃至７ｃでは、拘束された部分３２６が、撮像コンジット３２２の大部分の中に位置する一方、拘束されない部分３２８が撮像コンジット３２２の遠位に位置する。図７ａのように、撮像プローブが回転しない場合、ファイバ３２４が内部応力を最小限にし易くなり、本実施例では、ファイバ３２４がほぼまっ直ぐな形態であると示される。しかしながら、撮像コンジット３２２及び内部のファイバ３２４が長手軸３３０の周りを回転する際に、図７ｂに示すように、ファイバ３２４が受ける求心加速により、変形部品の拘束されない部分３２６が静止位置から変形して撮像角度を変える。回転速度がさらに増加することで、図７ｃに示すように、撮像角度αがさらに変化し得る。１又はそれ以上の加重した光部品３３２の使用により、所定の回転速度で達成される変形量が増加する。音響トランスデューサを光撮像エミッタ／レシーバに代えたりこれらに付随させたりすることが可能である。

図８ａは、撮像コンジット３４２の遠位端の近くの撮像アッセンブリ３４０の実施例を示しており、変形部品３４４が弾性支持部材３４６に取り付けられている。撮像センサが光ベースのシステムの場合に光ファイバ３４８といった変形部品の機械的な特性は、真っ直ぐな形態といった静止形態にファイバ３４８を戻すのに十分ではない傾向にある。このため、長いニチノールワイヤといった弾性支持部材３４６と変形可能な部材の遠位部とを組み合わせて使用して、変形部品３４６を含む実施例の性能を改善し得る。図８ｂは、弾性支持部材３４６を含む実施例３４０の軸断面を示している。変形部品３４４を使用して光又は音響撮像又はそれら双方をし易くし得る。

代替的に、撮像プローブ３４０のシース３５２の任意のフラッシュポート３５６を図８ａに示す。ポート３５６は、図２に示すような撮像プローブの近位端の近くの１又はそれ以上のフラッシュポートとともに、水又は食塩水といった所望の流体媒体で撮像プローブ３４０のフラッシングをし易くする役割を果たす。フラッシュポートを本発明の実施例に任意に含めてもよい。

図８ｃ及び８ｄは、撮像プローブ３０の遠位端が膨張可能な部材３９５を具えている実施例を示している。膨張可能な部材３９５は、変形可能な部材が解剖学的構造に接触せずに高い回転スピードで中で偏向し得る大きな安全領域３９６を提供する目的を果たす。膨張可能な部材３９５は、別々の膨張管腔（図示せず）を介して膨張可能である。図８ｄに示すように、付加的な外部シース３９６を、撮像プローブの送出又は除去の際に膨張可能な部品３９５の上を摺動するよう含めてもよい。

図９ａは、ＧＲＩＮレンズ３７２（屈折レンズの勾配率）を使用して光撮像によって得られる撮像角度を増やす撮像プローブ３７０の実施例を示す。ＧＲＩＮレンズ３７２がプローブの遠位端の近くの光ファイバ３７６を含む撮像コンジット３７４の後に配置される。ＧＲＩＮレンズ３７２は、光ファイバ３７６の遠位端の近くに位置している。レンズ３７２の一端に向けて光を放射するファイバ３７６の遠位端の変位により、光がレンズの他端から放射される角度の変化をもたらす特性を有するＧＲＩＮレンズを選択し得る。レンズ３７２によって受信される撮像される組織からの光が、光放射が生じるのと同じ経路に沿って逆行する方法でファイバ３７６に戻るよう集束される。図９ａに元の撮像角度３９８を示す一方、ＧＲＩＮレンズ３７２の存在により効果的な撮像角度３９７を生じることを本図で示している。これは、多くの変形部品が柔軟性及び外形といったいくつかの変形部品の特性によって実現する撮像角度の範囲に制限を有しているため、役に立つ。例えば、光ファイバ３７６は、ファイバが性能を破壊又は喪失する前に得られる最小曲率半径を有している。また、血管内での使用のために多くの撮像プローブに関して撮像アッセンブリを小型化する要求により、変形部品の外形が制約される。ＧＲＩＮレンズ３７２の使用により、これらの環境の下で達し得る効果的な撮像角度範囲の拡大を助け得る。

他の透過光部材を加えて効果的な撮像角度を拡大し得る。例えば、撮像アッセンブリ３８０の中の屈折率よりも小さい屈折率を具えた媒体でできた半球３８２を図９ｂに示す。このような部材３８２は、チャンバに満たした二酸化炭素といったガスを充填したチャンバを具えており、又はそれは空気を充填したチャンバでもよい。低い屈折率の媒体の屈折率が波長に強く依存しない場合、分散の効果が最小限になる。同様に、撮像に使用する光が狭い波長スペクトルのスパンを有している場合、分散の効果が最小限になる。

撮像エネルギ偏向部材と組み合わせて折り曲げ可能な部品を使用して、撮像角度を変えてもよい。撮像エネルギがエネルギ偏向部品に向かうよう及び／又はエネルギ偏向部品から撮像エネルギを受信するよう少なくとも１のエミッタ及び／又はレシーバを向ける。

回転撮像アッセンブリの中の折り曲げ可能な部品に取り付けられたエネルギ偏向部品を具えた撮像アッセンブリの実施例を図１０に示す。

図１０は、エネルギ偏向部品１２２が変形部品１２４に取り付けられて回転スピードに応じて異なる角度で撮像し得る、プローブ１２０の実施例を示す。上の画像では、変形部品１２４が大きな撮像角度を発生させる角度で偏向部品１２２を保持している。変形部品について上記のように、変形部品１２４は、ニチノール棒及び他の何らかのフォイル、バネ、金属又はポリマー部材が可能である。所定の回転速度で発止する変形を強調するために、変形部品又は変形部品１２４の自由端に取り付けられた偏向部品１２２といった他の部材に光偏向重量１２８を加えることができる。このような特定の実施例では、撮像角度がＯＣＴ撮像回路から潜在的に得られるが、歪みゲージ１３０及び歪みゲージ用の結合部１３２を示す。歪みゲージ１３０により、撮像角度を見積もるための代替的な機構が可能となる。高い回転スピードでは、図１０ｂに示すように変形部品１２４が曲がり易くなる。

図１１は、使用することで回転速度が撮像角度に影響を与える、偏向可能又は傾斜可能な部品に翼部材といった１又はそれ以上の水中部材を使用した撮像プローブ１００の別の実施例を示す。機構１００は、図５のプローブ３１と非常に似ているが、円板状の偏向部材の遠位端に固定された３つの翼部材１０２を有している。回転速度が図示する方向９８１に増加すると、翼部材が圧力勾配を生成し、本実施例ではこれにより撮像角度を増加させる。また、この図では、撮像アッセンブリが、撮像アッセンブリを部品を完全に囲むシェルを必ずしも有する必要が無いことに留意されたい。シェル又はその一部を除去すると、撮像アッセンブリ３０の大きさを最小限にする。また、１又はそれ以上の水中部材が本構成に組み込まれているケースでは、水中部材の運動が外部シースといった非回転面と直接流通する流体を有するのが都合がよい。外部シースと直接流通するこのような流体を有することによって、流体が全体的に、外部シースの相対的に静止した面にともなう抗力によりこの領域の内部の流体の速度が減少するフローパターンを発生する。これにより、「翼部材」が流体の中を運動する相対速度を増加させ、さらには翼部材によって発生する揚力を増加させるであろう。

同様に、図１２は図１０のプローブ１２０と同じプローブ１１０の実施例を示しており、偏向部品１２２が、傾斜可能な部材７０の翼部材を有するプローブ１００と同じ結果を与える翼部材１１２を有している。

ある使用では、回転スピードを段階的に変え、他の使用では、回転スピードがある範囲のスピードにわたってスイープする。所望の走査パターン及びこれらの走査パターンを実現するのに要する回転スピードの関連機能は、適用例に強く依存している。例えば、所望の走査パターンが、円錐の面に近似する空間を走査することである場合、特定の回転スピードが回転モータによって駆動される。回転スピードを変えることによって円錐のピッチを変えることができる。空間全体を走査することを望む場合、回転スピードを段階的に変化させることによって複数の円錐を撮像することができ、又は走査空間が、回転スピードの範囲にわたってスイープすることによって螺旋状の経路を含み得る。時間とともに回転スピードを変えることによって複数の他の走査パターンを実現し得る。

図１３ａは、本発明の実施例のうちのいくつかによって実現し得る多くの走査パターンのうちの１つの実施例を示す。デカルト座標軸とともに撮像アッセンブリ１２を示す。撮像コンジット及び撮像アッセンブリを回転させることによって、関心のある空間を撮像し得る。段階的な方法で撮像角度を変え、様々な撮像角度で１又はそれ以上の回転にわたって画像データを取得することによって、一連の同心の円錐９９１の面に沿った撮像データを収集する。このような走査パターンは、画像を再構成する目的に関してはより簡単であるが、撮像データの取得時間に対して次善のものである。図１３ｂは、走査パターンの実施例を示しており、撮像プローブを回転させつつ撮像角度を極めて連続的にすることによって撮像ビームがより螺旋状の経路９９２を辿る。このような走査パターンは、３次元の撮像データを再構成するためのアルゴリズムの複雑さを増すが、図１３ａのパターンよりもデータ取得に関して時間効率が良い。

現状の血管内の撮像方法は、一般に、撮像コンジットの近位端での回転速度が撮像コンジットの遠位端での回転速度の適切な近似であると仮定することによって、回転角度を見積もっている。小さな血管にアクセスするために撮像コンジットが小さくなりガイドワイヤに組み込まれると、撮像コンジットもまた容易に変形し易くなり、非均一の回転歪みの問題が悪化する。

また、多くの血管内撮像システムは、撮像コンジットの遠位端の平均回転スピードが、撮像コンジットの近位端の平均回転スピードに十分に近づく定常状態をシステムが仮定する十分に長い時間、一定の回転スピードを使用する。本発明のケースでは、多くの実施例が周期的又は連続的に回転スピードを変えることを含んでおり、撮像コンジットの近位端と遠位端との間の回転スピードに定常状態で達するという仮定が、信頼できるものではない可能性がある。このために、撮像コンジットの遠位端の近く又は撮像アッセンブリの中に組み込まれた回転エンコーダが有用である可能性がある。光学的、抵抗又は他の回転エンコーダがここで役立つ。

回転部品の光学的レシーバによって、回転部品の近くの非回転部品の光学的パターンを視ることができる。光学的パターンは、非回転部品の周囲を延びるラインパターンと同じくらい単純であり、ラインを横切る度に光学的レシーバが光学的又は電気的信号を発生させてラインを横切ったことを表示する。ラインの間の空間が既知の回転の程度を表す。代替的に、２つのレシーバを使用して直交符号化が可能となり、回転変位の増加に関する情報に加えて方向の情報を提供する。

代替的に、エンコーダが、複数のレシーバ及び大規模の回転エンコーダで一般に使用されるグレーコードといった光パターンを使用することによって、位置をエンコードし得る。代替的に、吸収、反射又はそうでなければ光パターンから放射される光の波長のスペクトルが絶対位置を表し得る。薄膜、回折格子及び他の光学面又は部品をこのような目的のために使用し得る。代替的に、回転部品に光パターンを使用することができ、非回転部品に光レシーバを使用し得る。

回転エンコーダの他の実施例が、抵抗回転エンコーダ、撮像コンジットの遠位端の近くの１又はそれ以上の加速度計、カテーテルの中の基準目印又は形態の特定を有している。例えば、撮像シェルの厚さが長手軸の周りの角度の関数として変化してもよい。

図１４は、撮像アッセンブリ１６０の直後に位置するシース１５２の中に含まれている撮像アッセンブリ１６０の回転位置をエンコードするためのエンコードパターン１５６を含む撮像プローブ１５０の実施例を示している。撮像アッセンブリ１６０の近く又はその中に、撮像プローブの長さ方向の位置に沿って自由に移動し得る非回転エンコードパターン１５６が設けられている。このため、撮像プローブコンジット３４及び撮像アッセンブリ１６０が回転する際に、光エンコードパターン１５６は回転しない。本実施例では、エンコードパターンが外部シースの長さ方向に沿った同じような形状の溝部によって受容される突出形態１５８を有している。１又はそれ以上の突出形態は、隣接する撮像アッセンブリ１６０及び撮像コンジット３４が回転する際に光エンコーダが回転するのを防ぐ。

撮像プローブの回転部の中の信号線をエンコーダに向けて、回転位置を読み込み易くする。本実施例では、非撮像光ファイバ１６４が光エンコーダ部材１５６に照明ライトを有している。照明ライトは、回転角に依存する方法で光エンコーダと相互作用する。そして、光が光エンコーダ部材１５６から非撮像光ファイバ１６４を通って戻る。ファイバ１６４の近位端を、光検出器又は撮像プローブの近位端の他の光トランスデューサに結合してもよく、光信号をアダプタを介して撮像システムに通信し得る１又はそれ以上の電気信号に変換する。このような形態の利点は、撮像アッセンブリが、回転位置を検出するための性能に影響を及ぼさずに外部シースの中を平行移動し得ることである。

エンコードパターン１５６のさらなる詳細及び実施例及び撮像プローブをエンコードするための他の実施例が、本書と共に出願され参照することにより全体として本書に盛り込まれている「ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ ＰＲＯＢＥ ＷＩＴＨ ＲＯＴＡＲＹ ＥＮＣＯＤＥＲ」と題される同時係属出願番号第１１／．．．に開示されている。

変形可能又は傾斜可能な部品を別の変形可能又は傾斜可能な部品に機械的に結合することによって、変形可能又は傾斜可能な部品の所望の撮像角度に達するための性能を改善してもよい。図１５は、エネルギ偏向部品を具えた遠位の傾斜可能な部品６５０の一例を示している。遠位のエネルギ偏向部品は、より近位にある第２の傾斜可能な部品６５１に結合点６５３を具えたコネクタ６５２を介してコネクタが２つの傾斜可能な部品のそれぞれに結合する各端部で機械的に結合されている。第２の傾斜可能な部品は、より密な材料でできた第１の傾斜可能な部品に構成し得るよりも所望の撮像角度に達するための良好な特性を有している。代替的に、第２の傾斜可能な部品は、撮像角度を測定するための歪みゲージ又は他の部品を提供することによって、利点を与える。

図１６ａを参照すると、超音波及び光学的手段による同方向の撮像を可能にするために、光エネルギがトランスデューサのコンジットを通って移動し得る音響トランスデューサが設けられている。基本的に、基板を貫通する穴といった開口部を有するよう圧電材料を改造する。電気接点４００がトランスデューサの音響基板４０２の両側の導電層４０１に向けられている。光ファイバ４０３が、光学的撮像を可能とするための光コンジットを提供する。任意の光スペーサ７８０及びＧＲＩＮレンズ４０５又は他の光学的部品が、図１６ａに示すように、音響基板４０２の開口部４０７に存在し得る。ファイバからの光撮像エネルギが回動軸６２６の周りを傾斜し得る傾斜可能な部品７０に向けられる。傾斜可能な部品は反射面を具えている。圧電材料の両側の導電層４０１が、圧電体に電圧を印加するために要するため組み込まれている。

撮像アッセンブリの一部として止め具７８１を磁石７８２とともに示す。また、傾斜可能な部品７０に第２の磁石７８４が設けられている。磁石は、傾斜可能な部品を止め具７８１に接触し易くする復元力の可能ないくつかのソースのうちの１つとして機能する。高い回転スピードで傾斜可能な部品７０が回動軸６２６の周りを止め具７８１から傾斜することで、撮像角度が変化する。このため図１６ａは、複数の撮像角度で側視可能な走査機構に適した撮像プローブ１０の実施例を示している。

図１６ｂは、磁石７８２が電磁石７８５であることを除いて同じような実施例を示しており、電気的な導電回路７８６が撮像プローブの近位端から電磁石７８５に延びており、電流が流れる電磁石を提供する。電磁石７８５によって発生する磁場の強さ及び方向を変えることによって、使用時に要求通りに傾斜可能な部品７０の復元力の調整が可能となる。このような特定の実施例の傾斜機構は求心加速度に依存しない。またこのため、傾斜可能な部品の第２の磁石といった電磁石及び電磁石の影響を受ける傾斜可能な部品を使用することによって、回転運動に独立して走査パターンを形成し得る。磁力の使用を（図５ａ乃至５ｉに示すように）前方の撮像の実施例及び（図１０ａ及び１０ｂのように）変形部品を使用する実施例に適用して撮像角度を変更し得る。同様に、傾斜可能な部品又は変形部品は磁石を有さず、傾斜可能な又は変形部品に第１の方向にトルクを与える力を、バネ、カンチレバー、又は復元力に関する上述のような他の手段といった他の手段によって提供し得る。そして、電気的に制御可能な電磁力を使用して、傾斜可能な又は変形部品に反対方向にトルクを与え得る。

側視撮像をし得る求心力と組み合わせて非磁性の復元力を使用した側視するための代替的な実施例を、図１６ｃに示す。止め具８０及び８２が傾斜可能な部品７０の移動範囲を規制する。片持ちワイヤ６４０がポスト７８７に取り付けられており、傾斜可能な部品７０の面に接触する。

高い回転スピードで、傾斜可能な部品が（図１６ｃの反時計方向に）回動して撮像角度を変化させる。

本発明の実施例のいくつかに示すように、本発明の走査機構に使用するための超音波及び１又はそれ以上の光撮像手段の組み合わせが望ましい。図１６ａ乃至１６ｃは、超音波トランスデューサがどのように光撮像エミッタ及び／又はレシーバと組み合わせ得るのかの実施例を表している。

また、図１７ａ乃至１７ｇは、超音波トランスデューサと光エミッタ及び／又はレシーバとを組み合わせるための様々な実施例を示している。これらの実施例は、ミラー又はプリズムといった、光学的撮像のエミッタ及び／又はレシーバのための偏向機構を組み込んでいる。

図１７ａを参照すると、同じ方向で音響及び光学手段によって撮像し得るよう構成された撮像サブアッセンブリ３９９が設けられており、光エネルギをトランスデューサの中のコンジットに通し得る音響トランスデューサを使用する。基本的に、プローブ３９９が、基板を通る光学的に透過可能な通路を有するよう改造される音響トランスデューサ４０２を使用する。音響トランスデューサ４０２は、圧電構成物（例えば、ＰＺＴ又はＰＶＤＦ）、複合材トランスデューサ又は単結晶トランスデューサといった、当技術分野で既知のあらゆる種類のトランスデューサでよい。

電気接点４００がトランスデューサの音響基板４０２の両側の導電層４０１に向けられる。光ファイバ４０３が光撮像をし得る光コンジットを提供する。トランスデューサの放射面に、（トランスデューサを駆動する１又は双方の電極として機能的に作用する銀又は銅の導電エポキシ層といった）エポキシ層又は（パリレン又はＰＶＤＦ）ポリマーといった１又はそれ以上の整合層を加え得る。

光学的に透過な流路４０７を、精密穿孔、レーザ切断、フォトエッチング、開口部等を形成するために型に装備を含めるといったいくつかの方法によって作製する。

圧電材料４０２の両側の導電層４０１が、圧電材料に電圧を印加するために要求に応じて組み込まれている。開口部４０７が、直接的、又は１又はそれ以上のミラー４０４又はプリズム及び１又はそれ以上のレンズ４０５によって、光導波路４０３に結合している。

図１７ｂに示すように、ファイバからの光を、ファイバからの光を光学的に透過な通路４０７を介して偏向させるミラー（又はプリズム）４０４に向けることができる。代替的に、図１７ｃに示すように、プリズム３９７を使用して、光学的に透過な通路を通して光を偏向できる。トータルの内部反射の結果として、又は偏向面の反射コーティングによって補助されて、プリズム３９７が光を偏向する。プリズム３９７は、光路に沿った適切な位置に固定された別々の光部品である。例えば、紫外線硬化接着剤といった接着方法を用いてそれをファイバの端部、レンズ又はスペーサの所定の位置に接着し得る。代替的に、光路に沿って非クラッド光ファイバを取り付けて所望の長さで非クラッドファイバの部分を切断することが、プリズムを作製することによって実行し得る。クラッドファイバの部分を切断及び／又は研磨して所望の角度を達成し得る。Ｍａｏは、前述の参考文献でこのような方法を説明している。

また、図１７ｃに示すように、光学的に透明な窓４０９を光学的に透過な通路４０７に任意に具えてもよく、通路の中の塞がっていない空間を、ガス、流体又はガラス又は当技術分野で知られたいくつかの透明ポリマーのいずれかといった光学的に透明な材料で満たしてもよい。窓４０９の目的は、望ましくない気泡が通路４０７に生成又は保持されるのを防ぎ、光学的に透過な通路４０７の部品を保護する。

図１７ｄに示すように、ボールレンズで良い湾曲レンズ４２４といった特定の光部品の屈折率を改善するために、通路４０７の内側の流体又は固体材料の代わりにガスを有するのが望ましい。

図４ｅ乃至４ｇに示すように、ＧＲＩＮレンズ４０５又は他の光部品を、光路に沿ったファイバ４０３及び偏向ミラー又はプリズム４０４の間の光ファイバ４０３の遠位先端部の近くに保持し得る。このケースでは、音響基板４０２の開口部を、光部品が無いままにして光学的に透明な材料を単に含めるか、又は窓４０９でカバーし得る。

図１７ｆを参照すると、光学的スペーサ４３３が、光ファイバ４０３の遠位端とＧＲＩＮレンズ４０５との間に設けられている。光学的スペーサ部材４３３が、非クラッドファイバ、ガラス、プラスチック、ガスを満たした隙間又は流体を満たした隙間といった、光学的に透明な媒体を具えている。光学的なスペーサ部材４３３を使用することで、配列及び光学的部品の大きさの要求精度を減らしてもよく、所望の焦点長さに達するのに役立つ。

代替的に、図１７ｇに示すように、プリズム又はミラー４０４の経路長が、光ファイバの遠位端とレンズとの間の光学的スペーサの全て又は一部として機能し得る。機能的な光スペーサの部分の代用品としてミラー又はプリズム４０４を通して光が移動しなければならない距離を使用する利点は、集束部材（例えば、ＧＲＩＮレンズ４０５又は他のレンズ）が撮像される領域に近接することで、光撮像システムの有効作動距離を改善することである。ある状況では、レンズ４０５を光学的に透過な通路の各エッジからオフセットして、図１７ｈに示すように、所望の焦点深さを達成し得る。

本書で開示された走査機構とともに使用してもよい様々な一体型ＩＶＵＳ／ＯＣＴ装置のさらなる詳細を、本書と共に出願され参照することにより全体として本書に盛り込まれている「ＩＭＡＧＩＮＧ ＰＲＯＢＥ ＷＩＴＨ ＣＯＭＢＩＮＥＤ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＡＮＤ ＯＰＴＩＣＡＬ ＭＥＡＮＳ ＯＦ ＩＭＡＧＩＮＧ」と題される同時係属出願番号第Ｎｏ．１１／．．．に開示する。

図１８ａ乃至図１８ｄは、音響的な反射面と区別される光学的な反射面を有する傾斜可能な偏向部品を示す。図１８ａは、偏光器が撮像アッセンブリの中で回動し得るピンを受容するための穴を側面に有する偏光器の斜視図である。図１８ｂは、偏光器の近くの偏光器を通る断面を示す。ピン４６５を受容するための穴を示す。上層は平らで任意に反射層４６１である。光学的な反射層と音響的に反射基板４６３との間に位置する一般的な音響透過層４６２が光学的な反射層の下方にある。偏光器が最終的に撮像アッセンブリの中に取り付けられるように、ステンレス鋼といった音響的な反射材料の円板を選び必要な穴又は凹部をドリルで空けることによって、このような装置を構成し得る。放物線状又は球面状の凹面を円板の１つの面の中に作製し得る。そして凹んだ面に、ＴＰＸといった音響的な透過媒体を装填し得る。そして、金の薄膜といった光学的な反射フィルムを、音響的に透過な媒体の上面に加え得る。図１８ｃ及び１８ｄは、円板の中心から離れた点におけるこのような偏光器の断面像を示す。

図１９ａ乃至１９ｈは、１又はそれ以上の可動型部品とともに本発明の撮像プローブの使用を示す。使用者によってワイヤの遠位部を制御可能に偏向し得る場合、ＣＯＲＤＩＳのＳＴＥＥＲ−ＩＴガイドワイヤといった可動型ガイドワイヤが有用である。同様に、使用者がカテーテルの遠位先端部を制御可能に偏向し得る場合、Ｂａｄｇｅｒ（米国特許番号４，８９８，５７７）によって記載された機構を使用した操作可能なカテーテルが有用である。図１９ａは、ガイドワイヤ管腔を具えた撮像プローブ４４０の柔軟な実施例の遠位部を示しており、可動型ガイドワイヤ４４１が撮像プローブの外部シースのガイドワイヤ管腔の中に実質的に存在する。図１９ｂは、可動型ガイドワイヤの偏向によりどのように撮像プローブの遠位部が偏向するかを示す。

図１９ｃは、可動型カテーテル４４２の中に実質的に存在する撮像プローブ４４０の遠位部を示す。また、ガイドワイヤ４４３が撮像プローブを通って延びている。また、ガイドワイヤは、可動型、又は従来の非可動型のガイドワイヤでよい。図１９ｄは、可動型カテーテルの偏向によりどのように撮像プローブの遠位部が偏向するかを示す。

代替的に、可動型ガイドワイヤ又は可動型カテーテルで操作し得る同じような機構を、操作プローブの中に直接的に組み込むことができる。

図１９ｅ乃至１９ｈは、特に、撮像プローブとともに可動型部品をどのように使用して閉塞した血管の管腔を横切ることができるのかを示す。図１９ｅでは、操作可能なガイドワイヤ４４１が撮像プローブ４４０の中に実質的に存在する。撮像プローブが血管４４５の閉塞した部分の近くを前進する場合に、撮像手段は、撮像プローブによって達し得る撮像角度４４６の範囲の限度によって規定される視野を有する。図１９ｆに示すように、可動型ガイドワイヤを制御して所望の方向に撮像プローブ及びガイドワイヤを偏向し得る。そして、画像ガイダンスの下でガイドワイヤを閉塞した部分の中に前進させる。必要に応じて、ワイヤの前進の画像ガイダンスが、前進する際にワイヤを血管壁の境界４４７の中に確実に留めることが可能である。ガイドワイヤは、親水性皮膜、又は閉塞した部分を初めに貫通し易くするのに十分な剛性といった特性を有している。そして、撮像プローブ４４０を、ワイヤ４４１の向こう側の閉止した部分４４５の中に前進させ得る。ワイヤの操作、ワイヤの前進及び／又は撮像プローブの前進といった撮像の反復プロセスを使用して、閉塞した部分を貫き易くなる。

任意に、図１９ｇに示すように、ガイドワイヤが、膨張型バルーン４４８及び膨張管腔（図示せず）といった膨張可能な部品を具えてもよく、より大きな撮像プローブを容易に前進させやすくする閉塞部におけるある領域の形成を促進する。ワイヤの操作、ワイヤの前進及び／又は撮像プローブの前進といった撮像の反復プロセスを使用して、閉塞した部分を貫き易くなる。図１９ｈは、別の反復を開始し得る閉塞した部分の中に前進している撮像プローブを示す。

図２０ａは、傾斜可能な部品が、撮像アッセンブリの回転スピードの関数として撮像角度の変化を生じさせ得る別の実施例を示す。傾斜可能な偏向部品５０１がピン５０２に取り付けられている。最大撮像角度のための第１の止め具５０５及び最小撮像角度のための第２の止め具５０６として、音響トランスデューサ５０３及び光エミッタ／レシーバ５０４を含める。加重した弾性部品が傾斜可能な部品に取り付けられ、撮像アッセンブリ又は撮像コンジットのいずれかに取り付ける。加重した弾性部品は、ニチノール棒５０７に取り付けられたステンレス鋼又は他の適切な材料でできた錘５０８を具えたニチノール棒５０７を有している。低い回転スピードでは、図２０ａに示すように、弾性部品が比較的真っ直ぐな外形を取る。回転スピードが大きくなると、加重した弾性部品の求心加速度により、錘が撮像アッセンブリの壁に向けて移動する。その後、弾性部品が変形することで、図２０ｂに示すように偏向部品がその傾斜角度を変える。このような構成は、本発明の性能を拡大して所望の撮像角度に確実に達する。

画像の再構成
撮像角度を変えるいくつかの実施例を上述したが、取得した撮像データに関する撮像角度及び回転角度を推定、推測、（直接的又は間接的に）測定又はそうでなければ取得することが有益である。撮像データの各ピクセル又はサンプルを、１）回転角度と称される回転軸の周りの角度、２）撮像角度と称される回転軸からの角度、及び任意に３）撮像レシーバから又はエネルギ偏向部品からといった、撮像アッセンブリの中又はその近くの基準点からの距離に、関連付けることが可能である。これらの２つの角度及び光学的距離の測定を使用して、３次元の撮像対象／組織の再構成に役立つ。

超音波では、トランスデューサ又は偏向部品からの距離を、音速と組み合わせた超音波信号の飛行時間に基づいて推定する。光コヒーレンストモグラフィーでは、光回路の受信端からの距離又は偏向面からの距離を、干渉又は光周波数領域画像（ＯＦＤＩ）と称される方法を用いて測定する。光コヒーレンストモグラフィーでは、撮像される深さ範囲、又は「窓」をシステムの性能を最適化するよう通常選択する。このような窓の大きさは、４ミクロン程度乃至数ミリメートルとすることが可能であり、時間間隔当たりに取得されるピクセル又はベクトルの数及び撮像が行われる（血液、組織、空気及び／又は透明な液体といった）媒体の光学的特性といった、システムが要する性能に基づいて選択される。Ａｍｕｎｄｓｏｎによって説明されている血管内視鏡及び赤外線撮像に関しては、本発明の光エミッタ及び／又はレシーバの２つのセットを用いた立体映像により、ある深さの認知がし易くなっているが、距離情報がない。

最も簡単な実施例では、撮像角度又は回転角度に関心がなく、撮像角度を実際に知ることなしに撮像角度を変える能力が従来技術に対する十分な改良である。

しかしながら多くのケースでは、撮像領域の十分な２次元又は３次元表現を形成するために及び／又は撮像領域の中で測定を行うために、撮像角度に関心がある。いくつかの方法を使用して撮像角度を取得する。最も簡単なケースでは、撮像角度が回転速度の関数である。このため、撮像アッセンブリの回転速度の推定又は測定を、実験値又は第一原理から得られる関数又は参照テーブルに基づいて、撮像角度の推定にマッピングし得る。多くのケースで、回転速度は時間変化する関数であり、回転速度を撮像角度にマッピングするための機構がマッピング体系への入力値として瞬間回転速度を単に使用しないが、その瞬間の近くで発生し又は発生するつもりの回転速度も組み込んでいる。傾斜可能な部品又は折り曲げ可能な部品が撮像アッセンブリへの外力の影響を顕著に受け易くない場合に、回転速度を撮像角度に簡単にマッピングするこのようなプロセスは最も適切である。例えば、傾斜可能な部品の回転軸が、傾斜可能な部品のほぼ重心を通らない場合には、傾斜可能な部品への重力の影響が、撮像角度の仮定に基づいて得られる画像又は測定される測定値を歪めてしまうのに十分な実際の撮像角度に影響を及ぼす。

ある期間にわたる傾斜角度の程度を、撮像再構成処理への入力として使用し得る予め選択したパラメータ又は任意関数に近似するよう適切に仮定してもよい。予め選択した撮像角度関数はプローブのタイプに依存しており、回転運動がモータコントローラに適用されるシーケンスを制御する。使用者は撮像関数を調整し得るため、パラメータ関数の１又はそれ以上のパラメータを変えることによって、又は任意関数の任意の点を調整することによって、再構成される画像を調整する。

撮像角度のより直接的な評価が可能である。折り曲げ可能な部品又は傾斜可能な部品の変形又は回転を評価するよう歪みゲージを加え得る。代替的に、傾斜可能又は折り曲げ可能な部品の中に光学的な傾斜エンコードインタフェースを組み込むことが可能であり、別々の光ファイバを通して又は局部的なＬＥＤ及び光検出器を用いて監視する。例えば、光ファイバが傾斜可能又は折り曲げ可能な部品の面に光を向け、ファイバの中で後方反射した光の強度が傾斜角度の関数として変化する。エンコーダの光ファイバの近位端の光検出器を用いてこのような強度を検出し得る。

また、抵抗、コンデンサ、磁気及び容量（誘導）エンコーダを使用し得る。代替的に、撮像エネルギによって取得される情報を使用して撮像角度の評価を与えてもよい。例えば、撮像アッセンブリが、超音波又は光コヒーレンストモグラフィーのためのエネルギ偏向面を具えているケースでは、撮像エネルギの大部分が撮像角度の方向に反射する。しかしながら、撮像エネルギレシーバに向けて反射する少量の撮像エネルギがある。不完全な光学的反射体にさせる反射面の滑らかさ又はテクスチャを小さく変えることによって、後方反射するこのような量の撮像エネルギを増やし得る。

超音波又はＯＣＴ撮像で距離を測定するために従来の方法を用いることによって、レシーバと偏向部品との間からの距離の変化を特定することが可能となる。このため、撮像エネルギが偏向する偏向面の領域が傾斜又は曲げの結果として撮像レシーバからのその距離を変える場合、このような距離を使用して三角法の原理を用いることで撮像角度を判定し得る。

ＯＣＴ撮像は、超音波撮像よりも非常に高い分解能を有しているため、ＯＣＴレシーバを使用して撮像角度の代理マーカーとしてこのような距離の変化を測定するのが多くのケースで好適である。代替的に、撮像アッセンブリのシェル又は撮像プローブの他の形態が、音響又は光手段によって検出可能な反射面を形成するインタフェースとして機能し得る。このため、このようなインタフェースは使用し得る固有の目印を提供する。このように、レシーバとこのようなインタフェースとの間又は偏光（向）器とインタフェースとの間の経路長の距離を検出し得る。このような経路長は、（シェルの形態により）撮像角度の関数として変化し撮像角度を推測し得る。

撮像システムに組み込まれた信号の偏向機構を使用して、偏向面又は固有の目印インタフェースによって発生する反射を自動的に検出することができ、撮像システムの他の部品に撮像角度に関する情報を提供する。ハードウェア又はソフトウェア検出システム又はこれら双方の組み合わせを使用することによって、このような信号検出が可能となる。

一般的な２次元ディスプレースクリーン上の３次元データ表示を、シリアル２次元画像及び医学画像の分野で知られている他の方法を含むいくつかの方法で実行し得る。例えば、２次元画像が、３次元ボリュームを通してスライスされた任意の面、最大強度の投影像の複数の面を再フォーマットした画像及びその他を表し得る。また、（回転角、撮像角、距離といった）座標を使用して極座標でデータを表すことが可能である。極座標に基づく３次元空間の任意の面を表示用に選択し得る。例えば、回転角度にわたる及び距離にわたる１つの撮像角度に対応するデータを表示し得る。

心臓血管の介入のために使用される血管形成術用バルーン、アテローム切除術器具、ステント送出システム又は局部的薬剤送出システムといった治療介入のために使用される装置とともに又は装置に組み込んで、本発明の実施例を用いることができる。また、生検、高周波アブレーション、切除術、焼灼、局所的小線源治療、凍結療法、レーザ切除、音波切除をし易くする装置とともに又は装置に組み込んで、それを使用し得る。

特に、組織のレーザ又は音波切除を可能とする現状の装置の使用を、高出力の光又は音響エネルギを標的領域に向けるための画像走査機構を用いることによって促進し得る。例えば、本発明で説明された撮像プローブのＯＣＴ又は超音波の実施例で血管の領域を撮像する際に、ユーザインタフェースを介して治療の送出のための領域を選択し得る。そして、走査機構が所望の方向にエネルギを送出するために向けられる時に、エネルギの強力なパルスを時々送出し得る。例えば、レーザエネルギのパルスを、光撮像に使用されるのと同じ光ファイバで伝送し、偏向部品を含む実施例の偏向部品によって偏向することが可能であり、望ましい効果のために標的組織に向ける。レーザエネルギのパルスのタイミングは、撮像プローブによって達成される走査パターンと整合し、標的領域にエネルギを向ける。

上記のように、ＯＣＴ及びＩＶＵＳの組み合わせは、２つの撮像手段（高い分解能のため好適にはＯＣＴ）のうち一方を使用して撮像角度に近づけることができるため、撮像プローブに有益である。また、２つの撮像手段が多くの場合、血小板構造及び機能を評価する際に互いに相補的な情報を提供するため、ＯＣＴ及びＩＶＵＳの組み合わせが非常に有用である。２つの撮像手段からの画像により、互いに適切にマッピングされる時に、評価される組織に関する重要な情報を提供する複合画像を提供し易くなる。実際には、本発明で説明した様々な音響及び光撮像手段によって生成される撮像データのいずれかを、潜在的に組み合わせて調査される組織の評価を改善し得る。

付加的に、撮像角度を調整する能力を有する前方撮像プローブを作製する能力が、血管樹又は他の解剖学的ボリュームの集合体を視るための蛍光透視撮像に代わるものとしての前方撮像の使用の可能性を高める。プローブが体内を進むと、３次元ボリュームの撮像データを取得する。連続的な３次元ボリュームの撮像データが十分に重なると、３次元画像データの上位集合を形成するよう一連の３次元画像を組み合わせる可能性が興味を引くようになる。例えば、ボリューム（ｉ）を取得してボリューム（ｉ＋１）を続いて取得する場合、双方のボリュームからの撮像データが、２つのボリュームの重なった領域の中の態様が互いに整合する、並進、回転及び伸長といった一連の変換を受け得る。自動相関技術及び２次元又は３次元撮像データセットを纏めるための他の良く知られた技術の使用によりこれを促進し得る。

血管内視鏡及び赤外線撮像は、光ファイバの束を使用して画像を生成することに依存している。撮像される体積又は面積を、所望の範囲の波長に及ぶ光の走査で表し、後方反射光が視野に位置するインタフェースの画像を提供する。血管内視鏡に関しては、波長の範囲が可視スペクトル領域にほぼ及ぶ一方、赤外線画像ではＡｍｕｎｄｓｏｎによって説明されるように、より選択された範囲の長い波長を使用して血液を透過するよう改善し易くなる。従来の血管内視鏡及び赤外線撮像では、束の中のファイバの数がシステムの分解能及び視野の大きさに影響を与える。しかしながら、束により多くのファイバを加えることによって、束の大きさを増やし束の柔軟性を減らす。

より少ないファイバを要して所望の撮像を実施することによって、これらの制限を克服するよう本発明を使用し得る。最も簡単なケースでは、１つのファイバを使用する。１つの光レシーバである領域を走査する能力が、傾斜可能な又は折り曲げ可能な部品を使用することによって、ファイバの数を減らして関心のある同じ領域を走査するための性能を提供する。このようなケースでは、所望の範囲の波長の光の照射が、光源に接続された別々の光ファイバ、撮像アッセンブリの近くに配置されたＬＥＤ照射器、又は後方反射光を受信する同じファイバを通して、撮像すべき領域に送られる。このような撮像を実行するのにファイバの束を要しない利点は、より柔軟な撮像プローブ、より小さな撮像プローブ、（赤外線撮像のための光検出器のアレイが高価である場合に）少ない数の光検出器を要することであり、普通の検出器の（６４の素子による６４よりも大きなアレイといった）大きなアレイではなく（１乃至１０個といった）少数の非常に特殊な光検出器を使用する能力を有することである。

光検出器は、その波長の選択性及びその感度によって変化する。ファイバの束のシステムに対してこのようなシステムの不利な点は、走査データからの画像の再構成を要し、信号対ノイズ比が低い可能性があり、所望の走査パターンを実現するための走査機構の忠実度における可能性のある欠陥による画像の歪みを有することである。

血管内視鏡及び赤外線撮像についての１つの光ファイバの実施に関する信号対ノイズ比を、撮像が行われる方向の細いビームに照射光を集束することによって、潜在的に改善し得る。これは、撮像光を受信する撮像アッセンブリの中を同じファイバで同じレンズを通して照射光を伝送することによって行い得る。これは、レンズ及び光ファイバによって受信される光が、より拡散する照射器を使用した場合に隣接するボリュームから散乱する光を実質的に除外するため、撮像が血液といった散乱媒質を通してなされる場合に、特に有利である。

胃腸の内視鏡検査、コルポスコピー、気管支鏡検査、腹腔鏡検査、喉頭鏡検査、膀胱鏡検査、耳鏡検査、眼底検査は、全て血管内視鏡又は赤外線撮像と同じような方法で使用するために本発明の上述した走査機構を採用する適用例である。本発明で説明される走査機構が可視スペクトル領域又は赤外線領域で撮影される画像といった撮像を提供するよう使用される場合に、柔軟性のある及び／又は小型化し得る撮像プローブの非医学的な使用は、様々である。

撮像プローブ１２及びその部品は、撮像プローブ１２によって可能な撮像するための解剖学的な場所及び使用目的に応じて様々な大きさ及び特性を有している。例えば、心室を含む心臓血管系で使用する目的では、撮像プローブ１２は、５乃至３０００ｍｍの範囲の長さ、好適には３００ｍｍ乃至１６００ｍｍの範囲の長さを有し、好適には細長くて柔軟性がある。撮像コンジット３４及び撮像アッセンブリ３０は、２００ミクロン乃至１０ｍｍの範囲、好適には５００ミクロン乃至８ｍｍの範囲の最大の断面寸法を有してよい。撮像コンジット３４及び撮像アッセンブリ３０の双方を外部シース４８で囲んでもよい。これにより、撮像コンジット３４及び撮像アッセンブリ３０が、周囲の組織に対してこれら２つの部品の回転運動を機械的に分離させつつ外部シースの中で回転し得る。

場合によっては、本発明の実施例を使用して、撮像コンジットを非常に短く又は事実上必要としなうようにすることが可能である。例えば、撮像アッセンブリをマイクロモータ、タービン又は素速い往復運動をするシャフトに直接的に取り付けてもよい。音響又は光撮像装置の撮像角度を変化させる求心加速度の使用を、このような実施例に組み込んでもよい。

さらに別の実施例では、胃腸系での撮像プローブ１２の使用が、一般に細長くて柔軟性がある、５０ｍｍ乃至６０００ｍｍの範囲の長さ、好適には３００ｍｍ乃至２０００ｍｍの範囲の長さの撮像プローブ１２を有している。最大の断面寸法は、一般に、３ｍｍ乃至２０ｍｍの範囲である。

さらに別の実施例では、経皮的な手段を介して軟組織を撮像するための撮像プローブ１２の使用が、硬いシャフトを具えた撮像プローブを有している。多くの他のポリマー、金属及びセラミックでさえも機能的に適しているが、外部シースをステンレス鋼のチューブといった硬い中空のシャフトに代えてもよい。

本書で使用するように、「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「具えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び「有している（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は包含的で制約が無く、排他的ではないと解釈すべきである。特に、特許請求の範囲を含む本明細書で使用する場合、「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「具えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び「有している（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語及びこれらのバリエーションは、特定の態様、ステップ又は部品が含まれていることを意味している。これらの用語は、他の態様、ステップ又は部品の存在を排除するものと解釈すべきではない。

本発明の好適な実施例の上記の記載は、本発明の原理を説明するために与えられており、説明する特定の実施例に本発明を限定するために与えられているわけではない。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらに相当するものの中に含まれる実施例全てによって規定されるものと意図される。

Claims (1)

1. 撮像プローブであって、
   中空のシャフトと；
   前記中空のシャフトの中に少なくとも部分的に配置され、長手軸を有する回転可能なコンジットと；
   前記回転可能なコンジットの近位端から離れた位置で前記回転可能なコンジットに機械的に結合する走査機構であって、前記走査機構から放出される撮像ビームの方向を変えるよう構成された傾斜可能な部材を有し、前記傾斜可能な部材の傾斜角が前記長手軸に対して可変であるように前記傾斜可能な部材が傾斜可能である、走査機構と；
   前記走査機構に結合され、前記傾斜可能な部材の前記傾斜角に応じて信号を生成するよう構成された撮像角度エンコーダと；
   前記撮像角度エンコーダに結合され、前記中空のシャフトの近位部に対する前記傾斜角に応じて前記信号を送出するために、前記中空のシャフトを通って延在する信号送出チャンネルと；
   を具えることを特徴とする撮像プローブ。

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