JP2004045322A - 光学情報収集用プローブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学情報収集用プローブ(100)は、先端部が湾曲してる光ファイバ(104)と、先端部の湾曲状態を調整する湾曲調整部(110)とを備える。湾曲調整部(110)は、例えば、光ファイバ(104)の先端部の外周面を押圧することにより、先端部を弾性変形させて湾曲状態の調整を行う押圧部材(112)と、押圧部材の位置を調整する位置調整機構(114)とを含む。位置調整機構(114)は、押圧部材(112)を光ファイバ(104)に沿ってスライドさせることで、押圧部材(112)の位置を調整する。
【選択図】 図1
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いて被検体の光学的情報を収集する光学情報収集用プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、被検体の局所的な部位から選択的に光学的情報を取得することができる、あるいは、狭小な空間にも差し入れることができるなどの利点を有することから、種々の光学的装置においてプローブの一部として利用されている。特開平6−160272号公報に開示されている光断層イメージング装置は、そのような装置の一例である。この装置では、被検体内部に挿入する内視鏡の挿入部に、光コヒーレンス・トモグラフィ(Optical Coherence Tomography)による断層像観察のための光ファイバ束が備えられている。光ファイバ束では、内視鏡の挿入部の外周側に環状に光ファイバが並べられており、また、各光ファイバの先端部は、例えば外方に曲られ、そこから光が挿入部の放射方向に出入射するように構成されている。
【0003】
各光ファイバには、低干渉性の光が順次入射される。入射された光は、光ファイバの先端から被検体、例えば人の消化器官等の体腔の壁部に照射される。前述のように、各光ファイバは外方に放射状に曲げられているので、各光ファイバから順に光を照射すると、体腔の壁部は実質的に環状に光で走査される。
【0004】
被検体の壁部に照射された測定光のうち、組織表面および内部で反射された反射光の一部は再び光ファイバへ戻る。光断層イメージング装置は、各光ファイバに戻った反射光から被検体を輪切りにしたようなの状の断層像を生成し、モニタに表示する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記光断層イメージング装置では、光ファイバ束を構成する各光ファイバの先端から環状に測定光を走査して断層像を得るので、被検体の環状の断層像を得ることができる。しかし、上記装置では、測定光が光ファイバ束の長手方向には走査されないので、得られる像は実質的に幅のない二次元的な像となる。より有用性の高い3次元的な像を得るためには、内視鏡の挿入部を体腔に沿って前後に微動させながら被検体の異なる位置で測定を繰り返さなければならないが、長い挿入部を体腔に沿って前後に微動させることは容易ではい。
そこで本発明は、上記のような問題を解決すべく、プローブ自体を移動させることなく、被検体の異なる位置から光学情報を取得できる光学情報収集プローブを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、先端部が湾曲してる光ファイバと、先端部の湾曲状態を調整する湾曲調整部とを備える光学情報収集用プローブによって解決することができる。このような光学情報収集用プローブでは、光ファイバの湾曲状態を変えることにより、光ファイバの先端部が向いている位置を変えることができる。このため、光学情報収集用プローブ自体を移動させなくても、光ファイバの先端部が光学的情報を取得する被検体上の位置を変えることができる。
【0007】
上記光学情報収集用プローブは、光学的情報を取得するための種々のプローブとして応用でき、光学情報収集用プローブを光コヒーレンス・トモグラフィによる断層像を得るためのプローブとしても使用することができる。この場合には、例えば、光コヒーレンス・トモグラフィによる被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、被検体に照射された測定光の反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出する干渉光検出部をさらにプローブに備える。そして、この干渉光検出部を光ファイバを介して被検体に測定光を照射し、かつ、反射光を取得するように光ファイバに接続する。
【0008】
湾曲調整部は、例えば、光ファイバの外周面を押圧することにより、先端部を弾性変形させて湾曲状態の調整を行う押圧部材と、押圧部材がその光ファイバを押圧する位置を調整する位置調整機構とを含むように構成することができる。このような構成では、光ファイバの弾性を利用して光ファイバの湾曲している部位を曲げたり伸ばしたりするので、簡素な機構で光ファイバの湾曲状態を調整できる。なお、押圧部材を光ファイバに沿ってスライドさせることで、押圧部材が光ファイバを押圧する位置を調整することとすれば、プローブの外径を小さく抑制できる等の利益を得ることができる。
【0009】
光学情報収集用プローブが含む光ファイバの個数は特に限定されず、1つでも、2以上であってもよい。本発明の一態様において、光学情報収集用プローブは複数の光ファイバを含み、それら光ファイバは少なくとも先端部近傍において円筒状に束ねられている。また、光ファイバの各々の先端部は、上記円筒の中心軸に対する放射方向に沿って湾曲している。このような構成の光学情報収集用プローブを腸などの体腔に挿入すると、その体腔の壁部の光学的情報をプローブを中心とする環状領域に沿って、プローブを回転させることなく測定することが可能になる。この場合、押圧部材として、内周側に前記複数の光ファイバを配置させている環状部材を用いることができる。このような環状部材を上記複数の光ファイバに沿ってスライドさせれば、それら複数の光ファイバの先端部を同時に押圧し湾曲状態を調整することができる。
【0010】
なお、上記のように、光学情報収集用プローブが複数の光ファイバを備える場合には、各光ファイバに前述した干渉光検出部を別個独立に接続し、全ての光ファイバで同時に、光コヒーレンス・トモグラフィによる断層像を得るために必要な光学的情報を収集するようにしてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光学情報収集用のプローブについて説明する。
図1は、本実施形態に係るプローブ100の構成を示す図である。なお、以下の説明では、図1の左側をプローブの前側(先端側)であるとして説明を行う。本実施形態のプローブ100は、胃腸等の消化器官その他の体腔内で、光コヒーレンス・トモグラフィ(以下、「OCT」という)による生体表面下の断層像を得るために必要な光学的情報を収集するプローブである。
【0012】
プローブ100は、細長く柔軟な管状の部分であって体腔に挿入できる挿入部102を有する。挿入部102は、複数の光ファイバ104と、それら光ファイバ104の束をカバーするシース106とを備えている。光ファイバ104は、少なくとも先端部近傍において、挿入部102の長手方向の中心軸Aをその中心軸とする円筒状に束ねられている。また、各光ファイバ104の先端部は挿入部102の外側を向くように、中心軸Aに対する放射方向にそって湾曲している。
【0013】
挿入部102の先端部近傍には、各光ファイバ104の先端部の湾曲状態を調整し、それにより、各光ファイバ104の先端部が光学的情報を取得する体腔内の位置(中心軸Aに平行な方向における位置)を変える湾曲調整部110がさらに備えられている。
【0014】
湾曲調整部110は、各光ファイバ104の湾曲部を押圧することで、その湾曲部を弾性変形させる押圧部材112と、その押圧部材112の中心軸Aに沿った位置(円筒状に束ねられた光ファイバ104に沿った位置)を調整する位置調整機構114とを備えている。
【0015】
本実施形態の場合、位置調整機構114は、2つの支持板116、118によりシース106の内周側に取り付けられた一種のカム機構を構成している。この位置調整機構114は、回転リング(カムリング)120と、この回転リング120に回転のための動力を与える牽引ワイヤ128とを備えている。
【0016】
図2の斜視図に示すように、回転リング120は、2つのリード溝(カム溝)122、124を設けられた円筒状の部材である。2つのリード溝122、124は、一方が左巻きの螺旋状に、他方が右巻きの螺旋状に設けられている。回転リング120は、光ファイバ104の束がその内周側を通り抜けるように、かつ、中心軸A回りに回転できるように支持板116、118により保持されている。
【0017】
牽引ワイヤ128は、可撓性のある線材であり、シース106の内側を位置調整機構114から挿入部102の後端まで伸びている。牽引ワイヤ128の先端は、被牽引部材130に固定されている。被牽引部材130は、回転リング120の外周面にスライド可能に取り付けられている環状の部材である。
【0018】
被牽引部材130の後端と支持板118との間には圧縮バネ132が配置されている。被牽引部材130は、この圧縮バネ132に押圧されて、通常は位置調整機構114の前端にある支持板116へ押し付けられている。牽引ワイヤ128を挿入部102の後端側へ引っ張ると、被牽引部材130も牽引ワイヤ128に引っ張られ、圧縮バネ132の弾性力に抗して回転リング120の外周面上を後方へ移動する。次に、牽引ワイヤ128を離すと、回転リング120は、圧縮バネ132に押されて再び回転リング120に沿って前方へ移動する。
【0019】
なお、圧縮バネ132は、一端が支持部材118に接着固定されており、また、他端が被牽引部材130に接着固定されている。このため、被牽引部材130は、中心軸A回りに回転することがなく、実質的にその運動を中心軸Aに沿った前後移動に規制されている。
【0020】
被牽引部材130の内周面には、ビス(カムピン)134が固定されており、そのビス134の頭部は、回転リング120の一方のリード溝122の中にスライド可能に配置されている。牽引ワイヤ128および圧縮バネ132の作用により回転リング120が前後に移動すると、ビス134は、リード溝124の中を前後に移動し、これにより回転リング120を中心軸A回りに回転させる。
【0021】
押圧部材112は、環状の部材であり、光ファイバ104の束と回転リング120の間に少なくとも一部が挟まれるように配置されている。押圧部材112と支持板118との間には、引っ張りバネ138が配置されている。引っ張りバネ138の両端は、それぞれ押圧部材130と支持板118とに接着固定されている。このため、押圧部材112も、被牽引部材130と同様に、中心軸A回りに回転することができない。
【0022】
押圧部材112の外周面にもビス(カムリング)136が固定されていおり、そのビス136の頭部は、回転リング120の他方のリード溝124の中にスライド可能に配置されている。回転リング120が被牽引部材130に駆動されて回転すると、ビス136がリード溝124の中をスライドし、その結果、押圧部材112が前後に移動する。
【0023】
ここでリード溝124はもう一方のリード溝122と逆方向の螺旋状に設けられているので、リード溝122に沿った被牽引部材130の移動方向と、リード溝124に沿った押圧部材112の移動方向とは常に逆になる。すなわち、牽引ワイヤ128に引っ張られて被牽引部材130が後方(図1中右)へ移動するときは、押圧部材112は前方(図1中左)に移動する。一方、圧縮バネ132に押されて被牽引部材130が前方へ移動すると、押圧部材112は後方へ移動する。
【0024】
図3は、牽引ワイヤ128が引っ張られ、回転リング120が回転したために、押圧部材112が前方へ移動した状態を示している。本実施形態では、押圧部材112の内周面が、円筒状に束ねられた光ファイバ104の外周面にほぼ接するように押圧部材112を形成し、配置している。押圧部材112が前方へ進むと、押圧部材112の先端が、外方に湾曲している各光ファイバ104の湾曲部に接触し、各光ファイバ104の先端部がより直線的になるようにこれを押圧する。この結果、各光ファイバ104の先端面の向き、ひいては、その先端面から光が射出する方向、あるいはその先端面に入射できる光の方向が変化する。つまり、プローブ100では、押圧部材112を前後に移動させて各光ファイバ104の湾曲状態を調整することで、プローブ100自体を移動させることなく、各光ファイバ104で光を照射できる位置、および、各光ファイバ104で光学的情報を取得できる被検体の位置を変えることができる。
【0025】
図1に戻って、本実施形態のプローブ100は、さらに、牽引ワイヤ128に接続されているワイヤ牽引部150と、各光ファイバ104の後端にそれぞれ一つずつ接続されている複数の干渉光検出部170と、ワイヤ牽引部150および干渉光検出部170とがコンピュータ等の外部機器と通信を行うための入出力インターフェイス200とを備えている。
【0026】
ワイヤ牽引部150は、入出力インタフェース200を介して例えば制御用のコンピュータから受けたコマンドに従い、牽引ワイヤ128を牽引し、それにより、各光ファイバ104により光学的情報が取得される被検体上の位置を調整する部位である。また、干渉光検出部170は、光コヒーレンス・トモグラフィにより、被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、被検体に照射された測定光の反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出するための部位である。
【0027】
図4は、干渉光検出部170の構成を示す図である。干渉光検出部170は、第1および第2の光ファイバ172、174を備えている。第1および第2の光ファイバ172、174は、途中でPANDAカプラ176により互いに光学的に結合されている。第1の光ファイバ172の一端には、超高輝度発光ダイオード178(以下、「SLD178」という)が備えられている。また、第1の光ファイバ172の他端は、光ファイバ104の一つとコネクタ180により光学的に接続されている。
【0028】
SLD178は、近赤外域の低干渉性光を第1の光ファイバ172に入射する光源である。入射された低干渉性光は、PANDAカプラ176において第1および第2の光ファイバ172、174に等分に分配される。以下、第1および第2の光ファイバ172、174へ伝送された光をそれぞれ測定光および参照光と呼ぶこととする。
【0029】
PANDAカプラ176とコネクタ180との間において、第1の光ファイバ172の一部が圧電素子182に巻き付けられている。圧電素子182は、発振器184により励振され、それにより第1の光ファイバ172を伝搬する低干渉性光を変調する変調器として機能している。
【0030】
第2の光ファイバ174の一端には、その端面から射出される光の強度を検出する光検出部190が備えられている。光検出部190としては例えばフォトダイオードが用いられている。第2の光ファイバ174の他端には、ミラー186が配置されている。ミラー186は、PANDAカプラ176から第2の光ファイバ174へ導入され、第2の光ファイバ174の端面から射出される低干渉性光を反射し、再び第2の光ファイバ174に入射させる。ミラー186は、一次元ステージおよびその一次元ステージを駆動するステッピングモータ等を含む駆動機構188により、第2の光ファイバ174の端面に対向する方向に前後駆動される。このようにミラー186を前後駆動することにより、第2の光ファイバ174を伝搬する低干渉性光の光路長を変えることができる。
【0031】
PANDAカプラ176とミラー186の間における第2の光ファイバ174には、第2の光ファイバ174を巻くことにより形成された補償リング192がある。補償リング192は、第2の光ファイバの長さを、第1の光ファイバと、その第1の光ファイバに接続されている光ファイバ104とを合わせた長さに等しくするために形成されている。
【0032】
前述したように、SLD178から第1の光ファイバ172に入射された低干渉性光がPANDAカプラ176で第1の光ファイバ172を伝搬する測定光と、第2の光ファイバ174を伝搬する参照光とに分かれる。測定光は、圧電素子182において変調された後に、コネクタ180を介してプローブ100の先端まで伸びる光ファイバ104に伝送される。さらに、測定光は、光ファイバ104の先端面から被検体、本実施形態の場合は体腔の壁部に照射される。照射された測定光は、被検体における細胞や組織などの屈折率境界において反射し、一部が再び光ファイバ104に入射する。再入射した測定光(反射光)は、さらに第1の光ファイバ172に戻り、一部がPANDAカプラ176で第2の光ファイバ174へ分配され、光検出部190に入射する。
【0033】
一方、参照光は、第2の光ファイバ174の端部でミラー186により反射された後、再び第2の光ファイバ174に入射し、今度は、光検出部190へ向けて伝搬する。この結果、光検出部190に入射する光は、被検体で反射された測定光と、ミラー186で反射された参照光とが重なり合わさった光となる。SLD178で発生する光は、可干渉距離が極めて短い低干渉性光であるため、測定光と参照光とは、それらが光検出部190に達するまで伝搬した光路長がほぼ等しくない限り干渉しない。したがって、ミラー186を移動させることで参照光の光路長を変化させつつ、光検出部190の検出結果の記録を取れば、被検体の深さ方向の構造を表すデータを得ることができ、さらにそのデータに基づいて被検体の断層像を生成することが可能になる。
【0034】
干渉光検出部170は、上記のような断層像生成のためのデータを外部のコンピュータ等に送信するために、入出力インターフェイスを介して外部と通信できるマイクロプロセッサ196を備えている。このマイクロプロセッサ196は、ミラー186の位置決めを行う駆動機構188に接続されており、また、光検出部190ともロックインアンプ194を介して接続されている。
【0035】
ロックインアンプ194の信号入力端には光検出部190の出力が入力されており、また、参照信号端には発振器184の駆動信号またはこれと同一位相の信号が入力されている。したがって、ロックインアンプ194は、光検出部190の出力のうち、圧電素子182により変調された測定光と同一位相の成分のみを抽出し、マイクロプロセッサ196に入力する。
【0036】
マイクロプロセッサ196は、駆動機構188を制御して、予め定められている複数箇所にミラー186を順次位置決めする。そして、ミラー186が位置決めされるたびに、マイクロプロセッサ196はロックインアンプ194からの入力を例えば内蔵のA/Dコンバーターでデジタルデータに変換し、そのときのミラー186の位置を示す情報と共にこれを入出力インターフェース200を介して外部のコンピュータに送信する。ミラー186の位置は、測定光が反射された被検体の深さ方向位置に対応しているので、外部のコンピュータは、マイクロプロセッサ196から送信された上記データに基づいて、被検体の深さ方向の構造に関するデータを得ることができる。
【0037】
本実施形態では、複数の光ファイバ104の先端が環状に配列され、それぞれが放射方向外方を向くように湾曲されているので、各光ファイバ104に接続されている干渉光検出部170の各々から上記データが送信されると、外部のコンピュータは、それらデータから体腔を輪切りにしたような環状の断層像を生成することができる。また、本実施形態のプローブ100では、各光ファイバ104に別個独立に干渉光検出部170が備えられており、各光ファイバ104による被検体からの光学的情報の収集を同時、平行して行うことができるので、一つの環状の断層像を生成するために必要なデータは、比較的短時間で取得され、外部コンピュータ等へ送信される。
【0038】
図5は、ワイヤ牽引部150の構成を示す図である。ワイヤ牽引部150は、牽引ワイヤの後端を牽引するための部位である。
【0039】
ワイヤ牽引部150は、牽引ワイヤ128の後端に接続されており牽引ワイヤ126を後方へ牽引する牽引機構156と、その牽引機構156の動作を制御する制御部154とを備えている。また、ワイヤ牽引部150は、牽引ワイヤ128を牽引する量(牽引量)と、光ファイバ104が光学的情報を収集する被検体の位置(測定位置)の対応関係を示す情報を格納しているメモリ152をも備えている。
【0040】
メモリ152に格納される情報は、牽引量と測定位置との関係を示す方程式、あるいは、そのような方程式における比例定数であってもよいが、本実施形態では、図6に例示するように複数の牽引量(l1、l2、・・・・、ln)と各々の牽引量に対応する測定位置(p1、p2、・・・・、pn)とが対応付けられてメモリ152に格納されている。
【0041】
なお、本実施形態において測定位置pは、図7に例示するように、光ファイバ104がもっとも湾曲しているときの先端面(の中心)の位置Oから見た、中心軸Aに平行な方向における光ファイバ104の先端面(の中心)の位置を表す。
【0042】
本実施形態のプローブ100では、各光ファイバ104を用いて被検体に測定光を照射する前に、制御部154が入出力インターフェイス200を介して外部コンピュータ等から測定位置pの指定を受ける。測定位置の指定を受けると、制御部154は指定された測定位置pをメモリ152内で検索し、その測定位置pに対応付けられている牽引量lを読み出す。次に制御部154は、読み出した牽引量lに相当する量だけ牽引ワイヤが牽引されるように牽引機構156を制御する。その結果、各光ファイバ104の先端面は、指定された測定位置pに位置決めされる。牽引ワイヤ128の牽引が終了すると、制御部154は、各干渉光検出部170のマイクロプロセッサ196へ、測定を許可するコマンドを送信する。この結果、各マイクロプロセッサ196は、前述した、被検体の断層像を生成するためのデータの収集を実行する。
【0043】
本実施形態のプローブ100では、上記のワイヤ牽引部150と干渉光検出部170の動作が、外部コンピュータ等の指示に従い、牽引ワイヤ128の牽引量を変えながら複数回行われる。これにより、プローブ100は、プローブ自体を移動させることなく、中心軸Aに沿った被検体の異なる複数箇所で、被検体の環状の断層像を得るための光学的情報を収集し、これを外部コンピュータ等に送信することができる。そして、外部コンピュータでは、被検体の表面下の構造を示す三次元画像を生成することができるようになる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プローブ自体を移動させることなく、被検体の異なる位置から光学的情報を取得できる光学情報収集プローブを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る光学情報収集プローブの構成を示す図である。
【図2】図1に示したプローブで用いられる回転リングの斜視図である。
【図3】図1に示したプローブにおいて、光ファイバの湾曲状態が変えられた様子を示す図である。
【図4】図1に示したプローブが備える干渉光検出部の構成図である。
【図5】図1に示したプローブが備えるワイヤ牽引部の構成図である。
【図6】図5に示したワイヤ牽引部が備えるメモリに格納されているデータ例を示す図である。
【図7】測定位置の定義例を示す模式図である。
【符号の説明】
100 プローブ
104 光ファイバ
110 湾曲調整部
112 押圧部材
114 位置調整機構
128 牽引ワイヤ
150 ワイヤ牽引部
170 干渉光検出部
Claims (6)
- 先端部が湾曲している光ファイバと、
前記光ファイバの先端部が光学的情報を取得する被検体上の位置が変わるように、前記先端部の湾曲状態を調整する湾曲調整部と、
を備えることを特徴とする光学情報収集用プローブ。 - 光コヒーレンス・トモグラフィによる被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、前記被検体に照射された前記測定光の反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出する干渉光検出部であって、前記光ファイバに接続され、前記光ファイバを介して前記被検体に前記測定光を照射し、かつ、前記反射光を取得する干渉光検出部をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の光学情報収集用プローブ。 - 前記湾曲調整部は、前記光ファイバの外周面を押圧することにより、前記先端部を弾性変形させて前記湾曲状態の調整を行う押圧部材と、
前記押圧部材が前記光ファイバを押圧する位置を調整する位置調整機構と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学情報収集用プローブ。 - 前記位置調整機構は、前記押圧部材を前記光ファイバに沿ってスライドさせることで、前記押圧部材が前記光ファイバを押圧する位置を調整する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学情報収集用プローブ。 - 前記光ファイバは、少なくとも先端部近傍において円筒状に束ねられた複数の光ファイバであり、
前記光ファイバの各々の先端部は、前記円筒の中心軸に対する放射方向に沿って湾曲しており、
前記押圧部材は、内周側に前記複数の光ファイバを配置させている環状部材であり、前記複数の光ファイバに沿ってスライドすることにより、前記複数の光ファイバの先端部を同時に押圧し湾曲状態を調整する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学情報収集用プローブ。 - 光コヒーレンス・トモグラフィによる被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、前記被検体に前記測定光を照射した結果得られた反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出する複数の干渉光検出部をさらに備え、
前記複数の光ファイバは、それぞれ異なる前記干渉光検出部に接続されており、
前記干渉光検出部は、前記光ファイバを介して前記被検体に前記測定光を照射し、かつ、前記反射光を受光する
ことを特徴とする請求項3に記載の光学情報収集用プローブ。
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Publications (2)
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