JP2000097846A5 - 光走査プローブ装置及び光イメージング装置 - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 被検体に低干渉性光を照射し、前記被検体において散乱した光の情報から前記被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光走査プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブで構成され、少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されているシースと、
前記シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、前記低干渉性光を前記シース内側に向けて出射し、その透過光を前記シース外側の前記被検体に照射し、前記被検体からの反射・散乱・励起光を前記シースを透過して入射するような光の出射・入射部とを備え、
前記シースの少なくとも光の出射・入射部が設けられた部分が、交換可能であることを特徴とする光走査プローブ装置。
【請求項２】 被検体に低干渉性光を照射する光学系と、
該光学系に、前記低干渉性光を導くシングルモードファイバと、
前記光学系と前記シングルモードファイバを回転させる回転力を伝達する回転伝達部材と、
環状の樹脂チューブで構成されたシースを備え、
前記光学系、前記シングルモードファイバ及び前記回転伝達部材は、前記シースの内側に設けられ、
前記シースは、少なくともその一部が交換可能に構成されていることを特徴とする光走査プローブ装置。
【請求項３】 シース保持部材を更に有し、
前記シースは一端側に脱着部を有し、
前記シース保持部材は、一端に該脱着部が取り付けられる構造を有することを特徴とする請求項２に記載の光走査プローブ装置。
【請求項４】 シース保持部材の他端側に、一端側に凸部が形成された軸受け部材を有し、
前記凸部と前記シースの他端側に形成された凹部との間に、水密シールが設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の光走査プローブ装置。
【請求項５】 光観測装置と請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光走査プローブ装置を備え、
前記光観測装置が、前記低干渉性光を発生する低干渉性光源と、検出部と、光路長可変手段と、光伝送部を備え、
該光伝送部が、前記低干渉性光を前記光走査プローブ及び前記光路長可変手段に伝送すると共に、前記低干渉性光を前記光走査プローブ及び前記光路長可変手段からの光を前記検出部に伝送する光イメージング装置。

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築するための光走査プローブ装置及び光イメージング装置に関する。

それに対し、特願平９−３１３９２４号には、着脱可能なＯＣＴ用光プローブが開示されている。着脱可能なコネクタ部を有し、先端のプリズム等の光学素子まで透明なシースで覆って密封している。

【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光走査プローブ装置は、被検体に低干渉性光を照射し、前記被検体において散乱した光の情報から前記被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光走査プローブ装置であって、全長の大部分が柔軟な樹脂チューブで構成され、少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されているシースと、前記シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、前記低干渉性光を前記シース内側に向けて出射し、その透過光を前記シース外側の前記被検体に照射し、前記被検体からの反射・散乱・励起光を前記シースを透過して入射するような光の出射・入射部とを備え、前記シースの少なくとも光の出射・入射部が設けられた部分が、交換可能であることを特徴とする。
請求項２に記載の光走査プローブ装置は、被検体に低干渉性光を照射する光学系と、該光学系に、前記低干渉性光を導くシングルモードファイバと、前記光学系と前記シングルモードファイバを回転させる回転力を伝達する回転伝達部材と、環状の樹脂チューブで構成されたシースを備え、前記光学系、前記シングルモードファイバ及び前記回転伝達部材は、前記シースの内側に設けられ、前記シースは、少なくともその一部が交換可能に構成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の光イメージング装置は、光観測装置と請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光走査プローブ装置を備え、前記光観測装置が、前記低干渉性光を発生する低干渉性光源と、検出部と、光路長可変手段と、光伝送部を備え、該光伝送部が、前記低干渉性光を前記光走査プローブ及び前記光路長可変手段に伝送すると共に、前記低干渉性光を前記光走査プローブ及び前記光路長可変手段からの光を前記検出部に伝送する。

この低干渉性光源２の光は第１のシングルモードファイバ３の一端に入射され、他方の端面（先端面）側に伝送される。この第１のシングルモードファイバ３は途中の光カップラ部４で第２のシングルモードファイバ５と光学的に結合されている。従って、この光カップラ部４で２つに分岐されて伝送される。

上記フォトダイオード１２で光電変換された信号はアンプ２２により増幅された後、復調器２３に入力される。この復調器２３では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はＡ／Ｄ変換器２４を経てコンピュータ２５に入力される。このコンピュータ２５では断層像に対応した画像データを生成し、モニタ２６に出力し、その表示面にＯＣＴ像２６ａを表示する。
このコンピュータ２５は位置制御装置２１と接続され、コンピュータ２５は位置制御装置２を介して１軸ステージ１８の位置の制御を行う。また、コンピュータ２５はビデオ同期回路２８と接続され、画像化する際のビデオ同期信号に同期して内部のメモリに断層像データを格納する。

挿入部３３内には図示しないライトガイドが挿通され、このライトガイドの入射端を光源装置に接続し、照明光を伝送して挿入部３３の先端部に設けた照明窓から出射し、患部等を照明する。また、照明窓に隣接して観察窓が設けられ、この観察窓には対物光学系が取り付けられ、照明された患部等を光学系に観察できるようにしている。そして、内視鏡３１の先端部の観察光学系の観察の下で、患部等の注目する部分の生体組織１１側に光走査プローブ８により、低干渉性光を照射し、その生体組織１１の内部の断層画像データを得て、モニタ２６の表示面にＯＣＴ像２６ａを表示できるようにしている。

また挿入部３３の先端部には湾曲部３５および（内視鏡）先端部３６が設けられている。湾曲部３５を経て光走査プローブ８を挿入させる時、また光走査プローブ８の先端３７を内視鏡先端部３６より突出させて生体組織１１に接触させる時に、図２に示す様に光走査プローブの先端部３６は小さな湾曲半径で湾曲する。

第４のシングルモードファイバ１０の伝送光はレンズユニット３９に伝達され、光学シース３８を通して検査光として外部に出射され、生体組織からの反射光を受光し、再び第４のシングルモードファイバ１０に伝達する。フレキシブルシャフト４０の先端はレンズユニット３９に接続されているため、フレキシブルシャフト４０、レンズユニット３９、第４のシングルモードファイバ１０は一体で回転する。
なお、光学シース３８の後端側は図８を参照して後述するようにシース止め８６に設けた口金部８７に着脱自在に接続される構造になっている。

レンズユニット３９のレンズ枠５５の先端側には丸み付キャップ６６が接続されている。この丸み付キャップ６６には開口部６７が設けられ、観察ビーム６２を透過できるようになっている。丸み付キャップ６６のＲ部７２がシース内面７３と接触するため、丸み付キャップ６６が回転してもシース内面７３は傷つきにくい。

また、丸み付きキャップ６６と先端キャップ６５の空間の間隔Ｌは、ナイロンチューブ６４、光学シース３８の温度による伸縮、また湾曲によるフレキシブルシャフト４０と光学シース３８の相対的移動のための余裕空間で、光学シース３８の材質に左右されるが通常８ｍｍ程度必要である。

プリズム５１の反射面５１ａは、屈折率整合水７７と直接接するため、プリズム素材の屈折率と整合水７７の屈折率が近いため全反射しない。そこで反射面５１ａにはアルミコーティングや誘電体多層膜コーティングなどの反射コーティング層を設け、全反射させるようにしている。

接続管１１１と樹脂チューブ１１０とは例えば嵌合して接着部１１２で接合されている。また、チューブ６４の後端には接続管１１１のタケノコ状の突起を設けた口金部１１３が挿入して接続されている。

また、チューブ６４の内側でレンズユニット３９とプリズム５１がチューブ６４に接触する可能性がある部分には硬質コーティング部１１４が設けられており、接触しても傷つきにくい構成となっている。樹脂に対する適切な硬質コーティング部１１４としては、窒化チタンなどの薄膜セラミックス等がある。また薄いガラス管をコーティングの代わりに封入しても良い。
シース内面が傷ついた場合にはチューブ６４と接続管１１１は接着されていないので、チューブ６４を切りさいて破棄し、新しいチューブ６４を接続管１１１の口金部１１３に装着することにより、容易に交換することができる。

更に、チューブ６４の照射光・観察光の透過する部分の外側には、外側に存在する空気、脱気水、生体組織などの媒質に対応した誘電体多層膜等で構成された反射防止コーティングを設けることで、内面および内部の光学素子界面の反射との多重反射によるゴーストを防止する事ができる。

また、光学素子保持部とシース内面の接触部に硬質コーティング部１１４を設けることで、接触による傷をつきにくくできる。
また、シース内面の照射・観察光の透過部に反射防止コーティングを設けることにより、シース内面の反射を減衰させ、ゴーストを防止できる。

レンズ１３２に入射した光はシングルモードファイバ１３３に入射し、シングルモードファイバ１３３から出射した光はレンズ１３４によりグレーティング１２３に入射し、グレーティング１２３により分光された光はレンズ１２４によってガルバノメーターミラー１２５に入射する。ガルバノメーターミラー１２５を反射した光は逆の光路を通って第２のシングルモードファイバ１１５に入射する。
ガルバノメーターミラー１２５を走査させることにより光遅延時間を変化させることができる。その他は第１の実施の形態と同様の構成である。

図１２（Ａ）に本実施の形態の光イメージング装置で得られた像を示す。
モニタ像１２１の中心１２２を中心としてシース外面の環状の反射像１２３および生体組織の像１２４が得られている。モニタ中心１２２が光プローブ８の回転中心に対応している。

図１２（Ｂ）にモニタの中心１２２と光プローブ８の回転中心がずれた像を示す。
これは、第４のシングルモードファイバ１０およびレンズユニット３９の光路長が想定していた長さと、実際とずれていた場合におきる。

シース外面の反射像１２３の直径が増え、同様に生体組織の像１２４も拡大している。従って、正確な診断が行うことができない。そのため、正確な光路長を算出する必要がある。

図２０に示すように、本実施の光断層画像装置１Ｂは、図１における第２のシングルモードファイバ５の出射端に対向して可視領域の波長のガイド光となるレーザ光を供給するレーザ光源１７１と、このレーザ光は透過するダイクロイックミラー１７２とを配置し、第２のシングルモードファイバ５の出射端から出射される低干渉性光はダイクロイックミラー１７２で反射させて光検出器としてのフォトダイオード１２で受光する構成にしている。
その他の構成については、図１に示す第１の実施の形態と同一であり、ここでは説明を省略する。

つまり、図２１に示すように、低干渉性光とガイド光を光走査プローブ８の先端へ導光し、被検体からの反射光を戻す第２のシングルモードファイバ１０と、第２のシングルモードファイバ１０の先端から出射される低干渉性光とガイド光から成る光を所定の位置に集光するＧＲＩＮレンズ５３と、低干渉性光を透過し、ガイド光の波長の光を選択的に反射する直方形のダイクロイックミラー１８４と、低干渉性光の偏光面を回転するファラデー回転子５２と、低干渉性光の光路を反射により変更するマイクロプリズム５１と、ＧＲＩＮレンズ５３、ダイクロイックミラー１８４、ファラデー回転子５２、およびマイクロプリズム５１を一体的に固定する光学系固定部材１８５とを有して構成される。

次に本実施の形態の作用を説明する。
内視鏡光源装置からの照明光を内視鏡のライトガイドで導光することにより、挿入部の先端部の照明窓から被検体側を照明する。照明された被検体は観察窓の対物光学系により、固体撮像素子に結像され、ビデオプロセッサで信号処理された後、表示用モニタに内視鏡画像を表示する。

そして、低干渉性光源２からの低干渉性光を第１のシングルモードファイバ３に導光する。第１のシングルモードファイバ３は光ロータリジョイント６を介して第２のシングルモードファイバ７と接続されており、低干渉性光を光走査プローブ８の先端に導く。

コンピュータ２５では順次得られた断層像データをその内部の画像メモリに一旦格納し、所定の周期で読み出してモニタ２６に断層像を表示する。

ガイド光と、低干渉性光の被検体への照射位置は、若干異なるが、このずれは数ｍｍであり、光走査プローブ８の位置決めに支障はない。
また、図２１（Ｂ）に示すように誘電体多層膜面の角度を４５度から変化させ、例えば反射角を９０°より大きく取った直方形のダイクロイックミラー１８６を用いることにより、より低干渉性光の照射位置に一致させることができる。

２−４．付記２において、柔軟なパイプ部材がコイルシャフトである。

２−４−１．付記２−４において、コイルシャフトが２層以上の多条コイルである。

３．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブであって少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されており、先端が開口していないシースと、
シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、光をシース内側に向けて出射し、その透過光をシース外側の被検体に照射し、被検体からの反射・散乱・励起光をシースを透過して入射するような光の出射・入射部と、
シース内側の概全長にわたって挿入された柔軟なパイプ部材と、
柔軟なパイプ部材の先端側に取り付けられた前記出射・入射部の保持部材と、 パイプ部材の内腔に設けられた低干渉性光を伝送する光ファイバと、
シース内腔とパイプ部材外径間の液体を封止するシールを有し、少なくとも光の出射・入射部とシース内側の腔に屈折率整合液が封止されていることを特徴とする光プローブ装置。

４．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブであって少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されているシースと、
シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、光をシース内側に向けて出射し、その透過光をシース外側の被検体に照射し、被検体からの反射・散乱・励起光をシースを透過して入射するような光の出射・入射部と、
出射・入射部が、光ファイバからの光を集光するレンズおよび光軸の方向を該直角に曲げるプリズムを有する先端光学部材より構成され、
シース内側の概全長にわたって挿入された柔軟なパイプ部材と、
パイプ部材の内腔に設けられた低干渉性光を伝送する光ファイバと、
光ファイバ端を保持するファイバ保持部材と、
柔軟なパイプ部材の先端とファイバ保持部材と先端光学部材を接続する接続部材を有し、
柔軟なパイプ部材と接続部材の接合部がファイバ保持部材の長さの範囲内に存在することを特徴とする光プローブ装置。

（付記４の背景）
（付記４に対する従来技術）特表平６−５１１３１２、特願平９−３１３９２４に開示されるようなプローブでは、光ファイバ端を光学素子に対して保持するためには光ファイバを挿通し、高精度に位置決めして保持するフェルールと呼ばれるパイプ状の部品を用いる。フェルールと光ファイバの接合強度の維持のために接合には一定の長さが必要である。それに対して、内視鏡の鉗子孔にプローブを挿通して体腔内に挿入する場合など、プローブを小さな湾曲半径で湾曲させたい場合、光学素子の長さ＋フェルールの長さ＋回転チューブの接合部で示される硬質長は短くする必要が有る。
しかし、それぞれの長さは仕様および接合強度で定まるため、硬質長が短くできないと言う問題点が有った。

５．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に伝送するためのシングルモードファイバが内蔵された交換可能な光コネクタ部を持つ光プローブ部と、
前記光プローブ部と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化する第１の伝搬時間変化手段と、
光プローブの先端光学部材の光学係数の変化とその光路長を検出する検出手段と、
光学係数の変化とその光路長より光プローブの光路長を算出する算出手段と、
算出された光プローブの光路長に対応して伝搬時間を変化する第２の伝搬時間変化手段と、
を有する光イメージング装置。

（付記５の背景）
（付記５に対する従来技術）特表平６−５１１３１２では光プローブを交換して使用した場合における個々の光プローブの長さのバラツキを考慮していないので、長さのバラツキのために、断層像を得る範囲が狭くなったり、さらには断層像を得ることができなくなる欠点があった。また、体腔内で使用の場合には、内視鏡の観察下で使用できるようにすることが望まれ、その場合には内視鏡の鉗子チャンネル内を挿通して使用するのが便利であるが、従来例では内視鏡の鉗子チャンネルの長さに応じて交換使用できるものを提案していなかった。
それに対し、特願平９−３１３９２４では観察のための光路長の走査手段とは別に光路長の可変手段を設け光プローブの長さの変化に対応させているが、個々の光プローブの長さの徴少なばらつきに関しては観察者が調整する必要があり、煩雑であるという問題が有る。

６．被検体内に挿通可能な細長の挿入部と、
低干渉性光を発生する低干渉性光源と、
前記低干渉性光と波長の異なる可視光を発生する可視光源と、
前記挿入部に挿通され、前記挿入部の先端側へ前記低干渉性光を導くとともに、被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバからの低干渉性光を前記挿入部先端の側端面より被検体に照射するための反射手段と、
前記シングルモードファイバと反射手段の間に配置され、前記低干渉性光および反射光の偏光面を回転する偏光面回転素子と、
前記可視光源から発せられる可視光を前記導光手段に導光する可視光合成手段と、
を備えた光断層画像装置用の光プローブにおいて、
前記シングルモードファイバと前記偏光面回転素子の間に前記可視光を反射し、前記低干渉性光を透過する光選択手段を前記反射手段低干渉性光を反射する所定の方向と同じ方向に可視光を反射するように配置したことを特徴とする光プローブ。
６−１．付記６において、前記光選択手段は、ダイクロイックミラーである。

（付記６の背景）
（付記６に対する従来の技術）従来技術として、特表平６−５１１３１２がある。また、ファラデーローテータを使用した文献がある。ＯＣＴに用いられる干渉系において、物体側の干渉系のアームにある光走査プローブに設けられたファラデーローテータと、参照側のアームにあるファラデーローテータによって、光走査プローブの湾曲により内部にあるファイバが湾曲することによって生じる複屈折性を補償することができることは、“Rapid acquisition of in vivo biological images by use of optical coherene tomography”，G.J.Tearney et.al,Optics Letters,vol.21,N0.17,p.1408-1410,1996に開示されている。
被検体に低干渉性光を照射し、光断層像を得る場合、より深部の像を得るために、低干渉性光には８００ｎｍ以上の赤外域の波長を用いることが有利である。また、目視することのできない低干渉性光の照射位置を確認するため、可視光を、低干渉性光と同光軸上に照射してガイド光とする光断層画像装置がある。
しかし、ファラデー回転子は光の透過特性に波長依存性があり、低干渉性光の波長帯域を透過させた場合、可視光帯域の波長をほとんど透過しない為、低干渉性光と可視光を同光軸上に配置しただけでは、可視光はファラデー回転子により反射され被検体に照射されず、ガイド光として利用できないという問題があった。

（付記６の目的）
ファラデー回転子が低干渉性光の導光光学系内に配置されていても、可視光をガイド光として被検体に照射し、低干渉性光の照射位置を確認することのできる光断層画像装置用の光プローブを提供することを目的として付記６構成にした。
（作用）低干渉性光と可視光をファラデー回転子の手前で分離し、それぞれの光を被検体に照射することにより、低干渉性光の照射位置を目視することができる。