JP2015008995A - 光イメージング用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】
ＯＣＴ画像診断用プローブにおいて、回転部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査を行い３次元の観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを提供する。
【解決手段】
略チューブ状カテーテル内で、先端側と後方側をつなぐ光ファイバーの先端側に集光レンズを備える。集光レンズより先端側で、光路変換手段であるミラーをモータによって回転させる。ミラーは軸線に対し一定角度傾斜しており、後方から送られ、集光レンズを経た光線を軸線から角度をつけて反射させると共に、回転する光路変換手段は傾斜角度を一定の範囲内で変化させる手段を有する。これによって、回転ミラーを回転させる事により３６０度全周のスキャンが可能であり、回転ミラーの傾斜角を意図的に変える手段により、光線を軸方向に一定範囲で長さ方向にも放射する事を可能にし、高画質な３次元の観察画像を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医療機器等において被検体で反射させた光を立体的に取り込んで観察するための３次元走査型の光イメージング用プローブに関するものである。

画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術である。例えば、医療現場や精密機器などの製造現場において、画像診断の手法として、一般的なカメラ観察や超音波診断装置に加えて、断層画像や３次元断層画像を撮影する事が可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用したＯＣＴ画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。近年、この断層画像や３次元断層画像撮影は、これら方式の中で最も微細な撮影画像が得られるＯＣＴ画像診断技術の開発が注目されている。

ＯＣＴ画像は、光源として波長１３００ナノメートル程度の近赤外線を用いる事が多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れている。加えて、およそ１０ミクロンメータ（超音波診断装置の１０分の１以下）の識別が可能となることから、この断層画像方式を内視鏡に組込み、特に医療現場で人体の胃部、小腸部、動脈流等の血管部における患部の発見、診断及び治療への活用が期待されている。このＯＣＴ画像技術を適用したＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。

ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図８に示すようにモータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらにチューブ状の光学シース内を通る光ファイバー等からなるフレキシブルシャフトを介してレンズユニットへ伝達するようにしている。そのため、光学シースの内周面とフキシブルシャフトとの擦れにより摩耗粉が発生する事があった。また、前記フレキシブルシャフトの擦れ、撓み、ねじれ、及び前記ベルトの弾性変形等に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるために、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。また、この構成では該文献中図２６に示す２次元の断層画像は得られるが、３次元の画像は得る事ができなかった。

また、特許文献２に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図１に示される環状のガイドカテーテルの内部に細長のチューブ状のカテーテルが挿入され、カテーテル内部には、回転および摺動可能で光学的に接続された光ファイバーまたはコアを有し、前記光ファイバーを回転駆動させると共に、文献中図３に示すように長さ方向に移動させて身体組織に照射を行い、解析画像を観察するＯＣＴの３次元画像システムである。しかしながらこの構成では、カテーテルの内周面と駆動軸外周面との擦れにより摩耗粉が発生する問題があった。また、駆動軸の擦れ、撓み、ねじれ、に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるため、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。

また、特許文献３に記載される発明では、該文献中図２に示されるモータの回転軸の先端に反射鏡を直結するようにしている。しかしながら、この発明では、モータの本体が、反射鏡よりも前方側に位置するため、モータ用の給電配線が光ファイバー側に向けて引きまわす必要があり、この給電配線が前記反射鏡の側部に位置せざるを得ないため、給電配線が反射鏡によって反射された光を遮ってしまう。その為、反射鏡が全周回転し全周走査を行う場合、その一部が影となり３６０度全周の観察ができなかった。また、反射鏡よりも前方側にモータが突出するため、患部を走査する場合このモータ部が観察すべき被検体に当接してしまい、モータより後方に位置する前記反射鏡の光線が被検体に近赤外光線が届かず、内視鏡プローブ軸方向の撮像範囲が制限され、観察できない等の不具合を生じる場合があった。

日本特許第３８８５１１４号公報 日本特許第４５２０９９３号公報 日本特許第４４６１２１６号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで光線を回転放射する部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査が行なえて、３次元の観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを実現することである。

上記課題を解決するための一手段は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータとを備えている。そして光ファイバーは、先端側に集光レンズを備え、モータは、回転駆動する回転子を備える。そして回転子は、回転中心の軸方向にわたって配置された回転軸を有し、光路変換手段が配置されている。そして、この光路変換手段は、回転軸の軸線に対して、傾斜角度を有しており、この傾斜角度は、一定の範囲内で変化させることが可能な構成とし、３次元走査を行えるようにした。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが擦れることがなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減できる。更にはに光路変換手段の傾斜角を意図的に変える事で、光線を軸方向に一定範囲で長さ方向にも放射できるため、ＯＣＴ内視鏡において３次元の空間分解能が高い全周観察画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図 同光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル説明図 同光イメージング用プローブを用いた内視鏡画像装置構成図 本発明の第２の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図 本発明の第３の実施の形態に係る光イメージング用プローブの光路変換手段説明図 本発明の第４の実施の形態に係る光イメージング用プローブの光路変換手段説明図 本発明の第５の実施の形態に係る光イメージング用プローブの集光レンズ形状を示す図 本発明の第６の実施の形態に係る光イメージング用プローブ断面図

本実施の形態の３次元走査型光イメージング用プローブの第一の特徴は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータとを備える。そして、この光ファイバーは先端側に集光レンズを備え、モータは回転駆動する回転子を備える。そして、この回転子は回転中心の軸方向にわたって配置された回転軸を有し、光路変換手段が配置される。そして、この光路変換手段は、前記回転軸の軸線に対して傾斜角度を有し、この傾斜角度を一定の範囲内で変化させることを可能とした。
この構成によれば、回転する光路変換手段の傾斜角を意図的に変える事で、光線を中心軸長さ方向にも一定範囲で振らせて放射する事で空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第二の特徴としては、前記回転軸は、中空形状であり、前記光ファイバーは、前記回転軸の中空部に挿通されており、前記光路変換手段の少なくとも一部分は、前記集光レンズよりも前記先端側に配置されている。
この構成によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが回転しないので、擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減される。また光路変換手段を全周回転させる事により３６０度の全周スキャンが可能であり、光路変換手段の傾斜角を意図的に変える事で、光線を中心軸長さ方向にも一定範囲で振らせて放射する事ができ、これによって空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第三の特徴としては、前記光ファイバーは、前記回転軸と一体に前記軸方向に配置された回転側光ファイバーと、前記回転側光ファイバーよりも前記後方側に回転不能に配置された固定側光ファイバーとからなり、前記回転側光ファイバーと前記固定側光ファイバーとは、光ロータリコネクターによって光学的に接続されている。
この構成によっても、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減される。また、光路変換手段を全周回転させる事により３６０度の全周スキャンが可能であり、光路変換手段の傾斜角を意図的に変える事で、光線を中心軸長さ方向にも一定範囲で振らせて放射する事でき、これによって空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第四の特徴としては、前記モータが、前記光ファイバーよりも前記先端側に配置されている。
この構成によれば、光ファイバーをモータの軸方向中心部に通さなくてもよいため、プローブをより一層細く構成する事ができる。

第五の特徴としては、前記光路変換手段は、支持バネによって支えられ、前記支持バネは前記回転軸と一体的に回転し、前記モータの回転数に応じて変化する遠心力が、前記傾斜角度を変化させる。
この構成によれば、ＯＣＴ内視鏡の３次元走査がモータ１個だけで行えるので内視鏡が、簡単な構造で、コンパクトに構成でき、人体内への挿入がよりスムーズに行える。

第六の特徴としては、通電により変位する形状変化部材を備え、前記形状変化部材が、前記傾斜角度を変化させる。
この構成によれば、ＯＣＴ内視鏡の３次元走査が通電する電圧により一層精度良く行え、空間分解能がさらに高くなる。

第七の特徴としては、前記集光レンズを、ボール形状、または部分円錐形状とした。
この構成により、ファイバー内に散光する光線を集めて一本の光線に集める機能を有するので安定した空間分解能を実現する。

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１〜図３は本発明に係る３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態１を示している。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの断面図である。略チューブ状のカテーテル６の内径内に先端側と後方側をつなぎ、光ファイバー固定具４に固定された光ファイバー１と、その先端側に例えばボールレンズ等の集光レンズ３を一体に有し、光ファイバー１の先端近傍で光ファイバー１に略同軸上に中空回転軸を有するモータ２０を有する。

中空回転軸１２の中に光ファイバー１が貫通し、中空回転軸１２の先端側には前記集光レンズ３より先端側に例えばミラーやプリズムからなる光路変換手段１８を取付け回転させると共に、光路変換手段１８は中空回転軸１２の軸中心線に対し図中αに示す一定角度傾斜している。

固定側光ファイバー１の後方から送られて、集光レンズ３を経た光線を軸中心線から角度を与えて反射させ、透光部７を通過して被検部に照射すると共に、回転する光路変換手段１８は支点１７を中心に一定の範囲内で可変する。この時、光路変換手段１８は支持バネ１９によって支えられておりモータ２０が停止中にはミラー等からなる光路変換手段１８の傾斜角はα０である。光路変換手段の可変範囲は、設計上、任意に設定できるが、光線に光路を前方に変化させる上では、最小０°より大きく、最大９０°よりも小さい範囲での設定が考えられる。

モータ２０が回転を始め、回転速度が例えば本装置の基準回転数である１８００ｒｐｍでは光路変換手段１８にモータ２０の回転数の二乗に比例する図中Ｆに示す遠心力が働き、光路変換手段１８の傾斜角が図中α１に変化する。さらに段階的にモータ２０の回転数を変化させ、例えば７２００ｒｐｍにおいては傾斜角が図中α５に変化する。

本実施例ではモータ２０の回転数は１８００ｒｐｍから√２倍ずつ上昇させ、２５４５ｒｐｍ、３６００ｒｐｍ、５０９０ｒｐｍ、７２００ｒｐｍという様に段階的に回転数をさせるよう制御しており光路変換手段１８の傾斜角は回転数に応じて例えばα２、α３、α４、α５におよそ一定角度ずつ遠心力が働き、傾斜角は段階的に変化する。

回転する光路変換手段１８の傾斜角が回転数の変化による変化量を仮にθ＝（α１−α５）と仮定すると、光ファイバー１の後方から送られ、集光レンズ３を経た光線は、ミラー等からなる光路変換手段１８への入射角がθだけ変化し、反射光はその２倍である２θの広い角度範囲に放射角が変化する。この結果、光線は光路変換手段１８の変化角度の２倍の広い範囲にわたって３次元走査を行うことができ、装置をコンパクトに構成できる。

尚、モータの回転数は、別のＯＣＴ画像観察装置においては、１万ｒｐｍが基準回転数であり、この場合、回転数は、１万ｒｐｍ、１万４千ｒｐｍ、２万ｒｐｍ、２万８千ｒｐｍ、４万ｒｐｍ という様に段階的に回転数を上げていくように制御され、光路変換手段１８には段階的に遠心力が働き、傾斜角を段階的に変化させている。

モータ２０は、モータケース８、軸受９Ａ、９Ｂ、モータコイル１０、中空回転軸１２に固定されたロータ磁石１４からなり、電線１５から電力が供給され回転する。

図２は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル８２の説明図である。ガイドカテーテル８２は人体の胃部や小腸内に挿入可能なようにその直径は約１０ミリメートル以下で、フッソ樹脂等の適度な強度と柔軟性を有するように作られている。

また、その先端観察部８４にはＣＣＤカメラ部８３を有し、ガイドカテーテルの全長に渡り鉗子チャネル８１と称する穴が開けられ、本発明３次元走査型光イメージング用プローブのチューブ（カテーテル）６はこの鉗子チャネル内に挿入及び取外し自由に構成される。

図３は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いた内視鏡装置の構成図であり、チューブ６はガイドカテーテル８２と共にＯＣＴ内視鏡装置の本体８５に取り付けられる。本体にはモータ２０のドライバー回路８６、光干渉解析部８８、画像解析コンピュータ８９が内蔵されモニター９０には、ＣＣＤカメラ８３の画像と、コンピュータ８９で解析して作られたＯＣＴ３次元画像が表示される。

モータ２０の回転数はモータドライバー回路８６により段階的に変更され制御されるが、コンピュータ８９が光干渉解析部８８から画像信号を取り込み、３次元画像を作成するスピードもモータ２０の回転数に合せて段階的に変化させる事によりモニター９０には鮮明なＯＣＴの３次元画像を表示する事ができる。

図１において支持バネ１９は、例えば金属製の板バネ状の部材であり、温度で傾斜角度が変わる事も、長期の使用で変形することも無く性能が変化する事がない、

図１に示されるチューブ６はその直径が約２ミリメートル程度であり、ガイドカテーテル８２と共に人体内に挿入されても人体に悪影響がなく、表面のすべりがスムーズであり、またチューブ６の表面に破れやピンホール等の破損が生じない材料、例えばフッソ樹脂等で作られている。

図１に示されるチューブ６の内部に貫通する光ファイバー１は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は０．２〜０．４ミリメートル程度のものを使っている。

図１に示される光路変換手段１８は、平滑な反射面を有するミラーかプリズムからなり、反射率を高めるため表面粗さと平面度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。

図１に示される中空回転軸１２は、金属またはセラミックスからなり、溶融金属のダイによる引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスのダイによる押し出し加工で中空に成形され、硬化処理後に研磨加工法等により仕上げ加工される。

図１に示される光路変換手段１８と中空回転軸１２は、支点１７を介して回転自在に連結させられるが、回転中空軸１２の形状は、たとえば中空で細長い中空軸の先端側は略カップ状の回転ホルダー部１６を有しており、その先端に支点１７と揺動自在な光路変換手段１８を有している。

図１において、中空回転軸１２の穴は直径が０．２〜０．５ミリメートルあり、光ファイバー１の直径より十分大きくしているため、固定具４で固定された光ファイバーが中空回転軸１２に接触することはなく、仮に軽く接触しても摩耗粉が発生するほどではない。また、回転摩擦トルクが変動する程でもなく問題はない。

また、３次元走査においては、モータ２０の内部にスペーサ１１Ａ、１１Ｂを設け、軸方向のガタが出ない様に構成して分解能の悪化を防止している。

次に上述した図１〜図３の３次元走査型の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。

図３において、本体８５内の光源から発光された近赤外等の光線はガイドカテーテル８２内のチューブ６の中の光ファイバー１の中を通り、図１の集光レンズ３を通り、光路変換素子１８で光線はその方向を変えられ、人体の患部などの被検体に照射される。

近赤外光線は人体表皮から２〜５ミリメートル程度まで透過し、そこから反射した光線を上記と同じ光路を逆方向に戻り、図３の光干渉解析部８８に到達し、被検体の画像を得て、画像解析コンピュータ８９で３次元画像を解析し、モニター９０に表示する。

本実施形態では、光ファイバー１は、チューブ６の後方から先端までの全長に渡る内部で固定され、長いチューブ６の中で回転させないので擦れる事がない。これにより、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。尚、モータ２０の回転ムラは一般に回転角度をパーセントで表示されるが、本方式では０．０１％の高性能が達成できている。一方、従来の光ファイバーが擦れる方式の内視鏡プローブでの回転ムラは、その約１００倍以上の悪い性能しか得られていなかった。

本発明によれば、チューブ６の先端近傍に内蔵されたモータ２０と光路変換手段１８の回転速度ムラがなく、人体等の被検体から反射し先端側に入射した光を光路変換手段１８が高精度な走査を行い後方側の固定光ファイバー１へ導く事により、１０ミクロンメータの高い空間分解能が得られる。

また、光路変換手段を回転させる事により３６０度全周の走査が行われるが、３６０度の走査範囲内に信号線や電線を設けない構成であるため、３６０度の鮮明なＯＣＴ画像を得ることができる。さらにモータ２０の回転数を変える事でミラー等からなる光路変換手段１８の傾斜角を意図的に変える事で３次元の走査が行なわれる。

ＯＣＴ３次元操作画像診断装置において最も重要な要求性能は、３次元画像の空間分解能を高める事であり、空間分解能を達成するための要因には、モータ２０の回転速度ムラ、回転軸１２の振れ精度、モータ２０の軸１２の軸方向のガタ、光路変換素子１８の平面精度、集光レンズ３の表面精度等がある。

この中で影響度が大きいのはモータ２０の回転速度ムラである。これに対し、本実施例の方式では、先端部にモータ２０を内蔵し、光路変換素子を高精度で、かつ回転速度ムラなく回転させることができるので、たとえば１０マイクロメータ以下の高い３次元の空間分解能を安定して達成できる。

次に、本発明に関わる３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態２について説明する。（図４参照）

図４に示す第２の実施の形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブにおいて、略チューブ状のカテーテル２６の内径内に先端側と後方側をつなぐ十分な長さを有する固定側光ファイバー２１が光ファイバー固定具２４により固定されている。

固定側ファイバー２１の先端側には十分に短い回転側光ファイバー２２が固定側光ファイバー２１と同軸上に位置し、回転側光ファイバー２２の先端側には例えばボールレンズ等の集光レンズ２３を一体に有し、回転側光ファイバー２２と同軸に中空回転軸３２を有するモータ４５を有する。

モータ４５はモータケース２８内の軸受２９Ａ、２９Ｂが中空回転軸３２を支持し、モータコイル３０、ロータ磁石３４、電線３５により回転し、ロータ磁石の軸方向のガタはスペーサ３１Ａ、３１Ｂにより防止され、このように中空回転軸３２は回転側光ファイバー２２と共に一体的に回転する。

固定側ファイバー２１と回転側光ファイバー２２は、数十ミクロンメータ程度の僅かな距離を隔てて設けられるが、其々の断面は直角にかつ平滑に加工されており、また同軸上に位置しているので光線が２つのファイバー間で減衰なく通過する事ができる。

回転側光ファイバー２１には遮光板２５が取り付けられ、固定側光ファイバー２１、回転側光ファイバー２２、光ファイバー固定具２４、遮光板２５で回転側光コネクター４４を形成する。

前記中空回転軸３２の先端側には、集光レンズ２３より先端側に、例えばミラーからなる光路変換手段３８を一体的に取付け回転させると共に、光路変換手段３８は、中空回転軸３２の軸中心線に対し図中α１に示す一定角度傾斜している。

固定側光ファイバー１の後方から送られて、回転側ファイバー２２、集光レンズ２３を経た光線を軸中心線から角度を与えて反射させると共に、回転する光路変換手段３８は支点３７を中心に一定の範囲内で中心軸からの角度を可変可能としている。そして、光路変換手段３８は形状記憶合金やバイメタル等の感熱材料、または、圧電素子によるバイモルフ等の電歪材料からなる屈曲部材４０によって支えられている。

３１Ａ、３１Ｂは中空回転軸３２の軸方向のガタを無くすためのスペーサであり、中空回転軸３２と支点３７の間は、回転ホルダー部３６によりつながれて構成されている。

モータ４５の中空回転軸３２と同軸かつ一体的に設けられた通電パイプ３３と中空回転軸３２に回転スリップリング４１が取付けられている。チューブ２６の内周面に固定されたスペーサ４３と一体の導電ブラシユニット４２を通して、本体８５のアクチュエータドライバー回路８７から通電された電圧に従い、屈曲部材４０は変形する。

この屈曲部材４０の変形により、光路変換手段３８の傾斜角はα１〜α２の範囲内で自在に変化させる事ができ、透明なガラスや樹脂材料からなる透光部２７を通して光線は、人体の非検体等に照射される。

回転する光路変換手段３８の傾斜角の変化量をθ＝（α１−α２）とすると、固定光ファイバー２１の後方から送られ、集光レンズ２３を経た光線の反射角は、θの２倍（２×θ）の角度だけ変化させられる。この結果、光線は角度２θの範囲で軸方向に走査し、かつ３６０度の全周走査を行うことで、３次元観察画像を得ることができる。

本実施形態では、チューブ６の後方から先端までの長いチューブ２６の全長に渡る内部で光ファイバーは固定され回転しないので擦れない。

従って、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減され光路変換手段１８の回転速度ムラがなく、１０ミクロンメータの高い空間分解能が得られる。また、光路変換手段３８を回転させる事により３６０度全周の走査を行うが、その際に信号線や電線の妨げが無いため、３６０度全周に欠落のないＯＣＴ画像を得ることができる。

さらに屈曲部材４０に通電する事で光路変換手段３８の傾斜角を意図的に変える事で、３次元の走査が可能であり、空間分解能が高く鮮明なＯＣＴ３次元観察画像を得る事ができる。

図５は本発明の第３の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの光路変換手段３８の説明図である。本実施例の動作と効果は、図４に示す第２の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブと同様であるが、光路変換手段３８は回転ホルダー部３６の支点３７を中心に回動自在に固定される。

また、光路変換手段３８は、積層圧電素子４７を用い、本体８５のアクチュエータドライバー８７からチューブ６内に挿通させた電線等を介して与えられる電圧に応じて長手方向に伸縮する事が可能である。この伸縮量に応じて中心軸に対する光路変換手段３８の傾斜角がα１からα２の間で自在に可変できる。

回転する光路変換手段３８の傾斜角の変化量をθ＝（α１−α２）とすると、固定光ファイバー２１の後方から送られ、集光レンズ２３を経た光線の反射角は、θの２倍の角度だけ変化させられる。この結果、光線は３６０度全周走査を行いつつ、角度２θの範囲で軸方向に走査し、３次元観察画像を得ることができる。

図６は本発明の第４の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの光路変換手段３８の説明図である。本実施例の動作と効果は、図４に示す第２の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブと同様であるが、光路変換手段３８は形状記憶合金等の感熱材料または電歪材料からなるコイル部材４８が長手方向に伸縮する事で、傾斜角がα１からα２の間で自在に可変できる。

回転する光路変換手段３８の傾斜角の変化量をθ＝（α１−α２）とすると、固定側光ファイバー２１の後方から送られ、集光レンズ２３を経た光線の反射角は、θの２倍の角度だけ変化させられる。この結果光線は３６０度全周走査を行いつつ、角度２θの範囲で軸方向に走査し、３次元観察画像を得ることができる。

図７は本発明の第５の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの集光レンズの外観図である。図７（ａ）に示す集光レンズ４９は固定側光ファイバー２１、回転側光ファイバー２２と同軸上に取り付けられ、一部に略円錐面を有し、その先端側の端面は直角な平面を有している。この作用と動作は図４のボールレンズからなる集光レンズ２３と同じである。

また、図７（ａ）では、先端側の端面は直角な平面としたが、図７（ｂ）に示すように、一部に略円錐面を有し、先端側をボールレンズ形状とすることもできる。

図８は第６の実施形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブ断面図である。
図８において、略チューブ状のカテーテル５６の内部に先端側と後方側をつなぎ十分な長さを有する固定側光ファイバー５１と、その先端側に例えばボールレンズ等からなるの集光レンズ５３を一体に有し、固定光ファイバー５１は光ファイバー固定具５４により固定され、集光レンズ５３の先端側で集光レンズ５３に対向する位置に回転ミラー等からなる光変換手段６８を有する。

光変換手段６８は、その更に先端側に位置するモータ７０の回転軸６２に取り付けられ回転する。モータ７０はモータケース５８に組込まれた軸受５９Ａ、５９Ｂ、モータコイル６０、回転軸６２、ロータ磁石６４、ロータ磁石の軸方向のガタ（遊び）を防止するスペーサ６１Ａ、６１Ｂ、電線６５からなる。

光路変換手段６８は、固定側光ファイバー５１の中心線に対し一定角度傾斜しており、固定光ファイバー５１の後方から送られて、集光レンズ５３を経た光線を軸中心線から角度を与えて反射させると共に、回転する光路変換手段６８は、薄い金属板バネ等からなる支持バネ６９によって支えられておりモータ７０が停止中にはミラー等からなる光路変換手段３８の傾斜角はαであり、支点６７は回転軸６２と一体の回転ホルダー部６６に設けられている。

モータ７０が回転を始め、回転速度が例えば本装置の基準回転数である１８００ｒｐｍでは光路変換手段３８に回転数の二乗に比例する図中Ｆに示す遠心力が加わり、光路変換手段６８の傾斜角がα１に変化する。さらに段階的に回転数を変化させ、例えば７２００ｒｐｍにおいて傾斜角はα２に変化する。

回転する光路変換手段６８の傾斜角の変化量をθ＝（α１−α２）とすると、固定側光ファイバー５１の後方から送られ、集光レンズ５３を経た光線の可変量は、反射角θの２倍になるため光線は２θの角度で広範囲に変化させられ透光部５７を通して人体の非検体等に放射される。この結果光線は３６０度全周走査を行いつつ、角度２θの範囲で３次元走査を行うことができる。ただし本実施形態ではモータ７０の電線６５が３６０度走査の妨げになり、画像信号の一部分が欠落する場合もある。

本実施例の効果は図１及び図４に示す３次元走査型光イメージング用プローブとほぼ同じであるが、モータ７０の回転軸６２が中実軸であり、光ファイバーを軸方向中心部に通さないためチューブ５６をより一層細く構成する事が可能である。

なお、図８の光路変換手段６８はモータ７０の回転による遠心力によりその傾斜角を段階的に変化させたが、図４、図５及び図６に示す様に形状記憶合金、バイメタル、バイモルフ等を用い、それらの伸縮作用を利用して変化させる事も可能である。

なお、図８の集光レンズ５３はボールレンズが使われているが、図７に示すような円錐状の集光レンズを用いても同じである。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され、高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られ、また、ミラー等の光路変換手段の傾斜角を意図的に変える事で、光線を軸方向に一定範囲で放射できるため３次元の観察画像を得ることができる。

本発明の３次元走査型光イメージング用プローブは、長いチューブ内の光ファイバーを回転させることなく、チューブの先端近傍にモータで速度ムラなく回転する光路変換手段を設けて高精度な回転走査機構を有する事により、ＯＣＴ画像診断装置の基本性能である空間分解能をおよそ１０ミクロンメータに改善する事が可能となり、さらに３次元走査により人体内部の患部の観察と診断が人体の切開手術せずに行え、従来の診断装置であったＸ線ＣＴ、核磁気共鳴などでは不可能であった高分解能で緻密は診断が可能となり、特に医療現場での活用が期待されできる。
また、本発明は、医療用内視鏡装置以外にも工業用ＯＣＴ診断装置にも使うこともできる。

１、５１ 光ファイバー
２１ 固定側光ファイバー
２２ 回転側光ファイバー
３、２３、５３ 集光レンズ
４、２４、５４ 光ファイバー固定具
５、２６、チューブ（カテーテル）
８、５８ モータケース
９Ａ、９Ｂ 軸受
１０、６０ モータコイル
１２、 中空回転軸
６２ 回転軸
１４、 ロータ磁石
１５、３５、６５ 電線
１７、３７、６７ 支点
１８、 光路変換手段
６９ 支持バネ
２０、４５、５０、７０ モータ
３３ 導電パイプ
３４ ロータ磁石
４０ 屈曲部材
４１ スリップリング
４２ 導電ブラシユニット
４３ スペーサ
４４ 回転光コネクター
８６ モータドライバー回路
８７ アクチュエータドライバー回路

Claims (7)

1. 先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、
   プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータとを備え、
   前記光ファイバーは、前記先端側に集光レンズを備え、
   前記モータは、回転駆動する回転子を備え、
   前記回転子は、回転中心の軸方向にわたって配置された回転軸を有し、光路変換手段が配置されており、
   前記光路変換手段は、前記回転軸の軸線に対して傾斜角度を有し、前記傾斜角度は、一定の範囲内で変化させることが可能であることを特徴とする光イメージング用プローブ。
2. 前記回転軸は、中空形状であり、
   前記光ファイバーは、前記回転軸の中空部に挿通されており、
   前記光路変換手段の少なくとも一部分は、前記集光レンズよりも前記先端側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
3. 前記光ファイバーは、前記回転軸と一体に前記軸方向に配置された、回転側光ファイバーと、前記回転側光ファイバーよりも前記後方側に、回転不能に配置された固定側光ファイバーとからなり、前記回転側光ファイバーと前記固定側光ファイバーとは、光ロータリコネクターによって光学的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
4. 前記モータは、前記光ファイバーよりも前記先端側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
5. 前記光路変換手段は、支持バネによって支えられ、前記支持バネは前記回転軸と一体的に回転し、前記モータの回転数に応じて変化する遠心力が、前記傾斜角度を変化させることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
6. 通電により変位する形状変化部材を備え、前記形状変化部材が、前記傾斜角度を変化させることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
7. 前記集光レンズは、ボール形状、または部分円錐形状であることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の光イメージング用プローブ。

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