JP2004174143A

JP2004174143A - Photothermal actuator and device with photothermal actuator

Info

Publication number: JP2004174143A
Application number: JP2002347036A
Authority: JP
Inventors: Katsura Masunishi; 桂増西
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP4261167B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photothermal actuator actively and multi-jointly bent in an extremely simple structure. <P>SOLUTION: First, second and third optical fiber bundles 13, 53 and 63 are inserted into a tube 11. Prescribed surfaces 13s, 52s and 63s of half-piece side portions of the tip parts 13c, 53c and 63c of the respective fiber bundles 13, 53 and 63 are covered with heat acceptors 14, 54 and 64. Longitudinal positions on the tube faced by the heat receptors 14, 54 and 64 are differed, respectively. As shown in Figure (b)-(d), at least one of the heat receptors 14, 54 and 64 is heated. The heated heat receptor and a part of the optical fiber bundle corresponding thereto are extended to be bent, and at least one part of the optical fiber bundles 13, 53 and 63 is also bent. By the bending, the tube 11 is bent. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガイドワイヤ、カテーテルまたは内視鏡等に備えられるフォトサーマルアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業分野では、人が入れないガス管や曲面を多く有する狭隘部を非破壊的に検査、点検する手段として内視鏡が用いられている。また、医療分野でも、生体内に挿入し患部を低侵襲で診断、治療する器具として、カテーテルや内視鏡等が用いられる。
【０００３】
近年医療の高度化に伴い、特にカテーテルや内視鏡を用いた低侵襲の医療が利用範囲を広げつつあるが、例えば、内視鏡はその挿入部の先端部を患部に到達させるまでに、曲がりくねった内臓内等を挿入させなければならない。そのため、内視鏡の挿入部は長手方向の複数の位置で屈曲することが望ましい。
【０００４】
そこで、従来、カテーテルや内視鏡等を長手方向の複数の位置すなわち多関節で屈曲させようとするものとして、形状記憶合金コイルを利用したものや（例えば特許文献１）、流体圧を利用したものが知られている（例えば特許文献２）。
【０００５】
しかし、これらのアクチュエータは構造が複雑であるがゆえに小型化が困難である上に、例えば形状記憶合金コイルを利用する場合、コイルを加熱するために生体内に通電する必要があり、慎重に電気制御を行わなければならない。また、流体圧を用いる場合も、同様に圧力制御を慎重に行わなければならない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２９９４４７号公報
【特許文献２】
特開２００１−７０４５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、内視鏡、カテーテル、ガイドワイヤ等を、非常に簡単な構造を有するフォトサーマルアクチュエータにより、能動的に多関節で屈曲させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトサーマルアクチュエータは、チューブの長手方向に挿入される第１および第２の光ファイバ束と、第１および第２の光ファイバ束に光を入射する光入射手段と、第１およびの第２の光ファイバ束のそれぞれの外周面の所定面に被覆され、第１および第２の光ファイバ束のそれぞれに入射された光によって加熱される第１および第２の熱受容体とを備え、第１および第２の熱受容体が臨むチューブの長手方向の位置は異なり、第１および第２の熱受容体のうち少なくとも１つが加熱されることにより、加熱された熱受容体とそれに対応する光ファイバ束の一部分が伸長させられ、第１および第２の光ファイバ束の少なくとも１つの一部分が屈曲され、それに伴いチューブが屈曲させられることを特徴とする。これにより、本発明のフォトサーマルアクチュエータは、能動的にチューブを長手方向の複数の位置で屈曲させることできる。
【０００９】
好ましくは、所定面は、対応する光ファイバ束の半片側部分の外周面である。
また、好ましくは、所定面は、対応する光ファイバ束の先端部に位置する。
【００１０】
先端部は、円柱を軸心に対して傾斜する平面で切断した形状を有する構成であっても良い。これにより、フォトサーマルアクチュエータはより屈曲しやすくなる。
【００１１】
熱受容体は、金属膜または合成樹脂膜であることが好ましい。これにより、より簡易に製造できるフォトサーマルアクチュエータを得ることができる。
【００１２】
本発明のガイドワイヤ、カテーテルまたは内視鏡は、上記に記載したフォトサーマルアクチュエータのいずれかを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明のガイドワイヤ、カテーテルまたは内視鏡は、上記記載のフォトサーマルアクチュエータを１つのフォトサーマルアクチュエータ群として、複数のフォトサーマルアクチュエータ群がチューブの略同心円上に挿入されることを特徴とする。これにより、ガイドワイヤ、カテーテルまたは内視鏡を、所望の方向に屈曲させることができる。
【００１４】
本発明に係るフォトサーマルアクチュエータは、チューブの長手方向に挿入される光ファイバ束と、光ファイバ束に光を入射する光入射手段と、光ファイバ束の外周面の第１および第２の所定面にそれぞれ被膜され、光ファイバ束に入射される光によって加熱される第１および第２の熱受容体とを備え、第１および第２の熱受容体が臨むチューブの長手方向の位置が異なり、第１および第２の熱受容体が加熱されることにより、加熱された熱受容体とそれに対応する光ファイバ束の一部分が伸長させられ、光ファイバ束が屈曲され、それに伴いチューブが屈曲させられることを特徴とする。これにより、チューブは、１つの光ファイバ束に入射される光によって長手方向に複数の位置で屈曲させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は第１の実施形態において、フォトサーマルアクチュエータを構成する光ファイバ束１３が屈曲するための基本的な構造を示す。光ファイバ束１３には、光ファイバ束１３に光を入射するためのレーザ光源１２が備えられる。レーザ光源１２には、レーザ光源の光量を調整するためのコントローラ２１が接続される。光ファイバ束１３の先端部１３ｃの外周面１３ｔの所定面１３ｓには金属膜である熱受容体１４が被覆されている。金属膜は特に限定されるわけではないが、クロム、ニッケル、金等である。なお、本実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータは、後述するように複数の光ファイバ束が備えられており、複数の光ファイバ束は同一のレーザ光源１２から光が入射され、レーザ光源１２には同一のコントローラ２１が接続されている。ここで、コントローラ２１には、スイッチングが設けられており、１つ以上のいずれの光ファイバ束に光を入射するかを選択することができ、さらにそれぞれの光ファイバ束に入射する光量も調整することができる。
【００１７】
図２、図３は、光ファイバ束１３の先端部１３ｃを示す。光ファイバ束１３は、中心部に設けられたコア部１３ａとその周辺部に形成されたクラッド部１３ｂを有する。コア部１３ａの屈折率は、クラッド部１３ｂの屈折率より大きく、レーザ光源１２から光ファイバ束１３に入射されたレーザ光は、コア部１３ａ中を伝搬することにより、先端部１３ｃまで導かれる。光ファイバ束の一端面である先端面１３ｄは、軸心Ｙに対して垂直平面であり、先端面１３ｄの外周１３ｈは略円形である。熱受容体１４が被覆される所定面１３ｓは、光ファイバ束１３の半片側部分の外周面１３ｔであり、その長さは外周１３ｈから一定長の長さＬである。
【００１８】
図４は、光ファイバ束１３が屈曲する原理を示す。
（ａ）に示すように初期状態では、光ファイバ束１３は、直線状である。（ｂ）に示すように、この光ファイバ束１３の先端部１３ｃに光が導かれると、その光は熱受容体１４によって吸収され熱受容体１４が加熱され、その熱の一部は、光ファイバ束１３の一部分に伝播する。これにより、（ｃ）に示すように、熱受容体１４と光ファイバ束１３の一方の半片側部分が伸長するが、他方の半片側部分は伸長しないので、光ファイバ束１３は、熱受容体１４が被覆された逆方向に屈曲させられることにより、光ファイバ束が挿入された後述するチューブ１１も合わせて屈曲させられる。なお、熱受容体１４には、熱膨張率が光ファイバ束１３と異なる金属が使用されているが、これにより屈曲をより大きく起こさせることができている。
【００１９】
図５は光ファイバ束１３に熱受容体１４を被覆させる製造方法を示す。本製造方法において、光ファイバ束１３の先端部１３ｃから中腹部１３ｅまでＶ溝固定治具１８のＶ溝１８ｂ上に載置される。載置された光ファイバ束１３は、半片側部分がＶ溝１８ｂ内に位置し、残りの半片側部分はＶ溝１８ｂから突出している。突出した半片側部分の中腹部１３ｅから所定の距離をおいた部分の間までには、カバーマスク１９が被せられる。これにより、光ファイバ束１３の半片側部分の外周１３ｈを底辺とし高さＬとする所定面１３ｓが外部に露出される。外部に露出された所定面１３ｓには、蒸着またはスパッタリング等されることにより金属が被覆され、金属膜が形成される。
【００２０】
図６、図７は第１の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータが備えられた内視鏡の挿入部の先端構造を示す。内視鏡の挿入部はチューブ１１を有し、フォトサーマルアクチュエータ１６は、チューブ１１に挿入される光ファイバ束１３、５３、６３を有する。第２および第３の光ファイバ束５３、６３は、第１の光ファイバ束１３と同様の構成を有する。
【００２１】
チューブ１１の外周面１１ｓに近接する位置には、チューブ１１の軸心Ｘと平行に１つの光ファイバ挿入穴１０が設けられる。挿入穴１０の底部は、チューブ１１の先端面１１ｄに近接する位置まで延設されている。挿入穴１０の断面は外周１１ｓに沿うように円弧状に延びており、その横幅は光ファイバ束の径よりわずかに大きく、その円弧長さは光ファイバ束の径の３倍よりわずかに大きい。
【００２２】
光ファイバ挿入穴１０には、第１、第２および第３の光ファイバ束１３、５３、６３がチューブ１１の長手方向すなわち軸心Ｘと平行方向に挿入されており、第２の光ファイバ束５３が第１および第２の光ファイバ束１３、６３に接するように並設されている。光ファイバ束のそれぞれの外周面１３ｔ、５３ｔ、６３ｔの所定面１３ｓ、５３ｓ、６３ｓには、熱受容体１４、５４、６４が被覆されている。所定面１３ｓ、５３ｓ、６３ｓはそれぞれ軸心Ｘに対向するように内側に設けられている。
【００２３】
第１の光ファイバ束１３の先端部１３ｃは、その先端面１３ｄが光ファイバ挿入穴１０の底部に近接するように挿入されている。第２の光ファイバ束５３の先端部５３ｃは、第１の光ファイバ束１３が挿入された位置よりも浅い位置まで挿入され、第３の光ファイバ束６３の先端部６３ｃは、さらに浅い位置まで挿入されている。すなわち、第２の熱受容体５４が臨むチューブ１１の長手方向の位置は第３の熱受容体６４が臨むチューブ１１の長手方向の位置より先端面１１ｄに近い位置であり、第１の熱受容体１４が臨むチューブ１１の長手方向の位置は第２の熱受容体５４が臨むチューブ１１の長手方向の位置より先端面１１ｄに近い位置である。３つの光ファイバ束１３、５３、６３は、それぞれ先端部の位置が動かないように任意の位置でチューブ１１に固定されている。
【００２４】
図８を用いて本実施形態のチューブ１１の動作原理を説明する。
（ａ）に示すように非動作状態では、チューブ１１は、直線状である。（ｂ）に示すように、第１の光ファイバ束１３に光を入射すると、光ファイバ束１３は熱受容体１４が被覆された逆方向に屈曲させられ、それに伴いチューブ１１も屈曲させられる。それに加えて（ｃ）に示すように第２の光ファイバ束５３に光を入射すると、光ファイバ束５３は熱受容体５４が被覆された逆方向に屈曲させられ、それに伴いチューブ１１も屈曲させられる。本実施形態においては、熱受容体５４が被覆される所定面５３ｓとチューブ１１の先端面１１ｄとの距離は、所定面１３ｓと先端面１１ｄとの距離より遠いため、チューブ１１は光ファイバ束１３によって屈曲させられる位置と相違する位置で屈曲させられる。
【００２５】
さらに、（ｄ）に示すように第３の光ファイバ束６３にも光を入射すると、光ファイバ束６３が屈曲させられ、それに伴いチューブ１１も合わせて屈曲させられる。本実施形態においては、熱受容体６４が被覆される所定面６３ｓとチューブ１１の先端面１１ｄとの距離は、所定面５３ｓと先端面１１ｄとの距離より遠いため、チューブ１１は光ファイバ束１３、５３によって屈曲させられる位置と相違する位置が屈曲させられる。
【００２６】
以上のように本実施形態においては、複数の光ファイバ束を設け、それぞれに被覆させる熱受容体の位置を異ならせることにより、簡単な構成で、例えば内視鏡の挿入部を長手方向の異なる複数の位置において屈曲させることができる。
【００２７】
なお、本実施形態において、チューブに挿入させる光ファイバ束は３つであったが、それ以上挿入させる構成にしても良い。つまり、光ファイバ束の先端部が臨むチューブの長手方向の位置が、第１から第３の光ファイバ束の先端部が臨むチューブの長手方向の位置とは異なるように１つ以上の光ファイバ束がさらに挿入される構成であっても良い。また、チューブに挿入される光ファイバ束は２つであっても良い。
【００２８】
また、本実施形態においてチューブに挿入される光ファイバ束が複数であったが、チューブに挿入される光ファイバ束は１つであっても良い。すなわち、チューブに１つの光ファイバ束が挿入され、その挿入された光ファイバ束の外周面の第１および第２の所定面が、その光ファイバ束に入射される光によって加熱される第１および第２の熱受容体に被膜され、さらに、その第１および第２の熱受容体が臨むチューブの長手方向の位置は異なる構成である。これにより、チューブは、１つの光ファイバ束に入射される光によって長手方向に複数の位置で屈曲させることができる。
【００２９】
なお、本実施形態において、光ファイバ束１３に入射されるレーザ光は、例えば、半導体レーザ光、気体レーザ光、固体レーザ光等を用いる。
【００３０】
また、本実施形態において熱受容体は光ファイバ束の先端部に被覆されていたが、光ファイバ束を他の位置で屈曲させる場合、先端部以外の位置に熱受容体を被覆させても良い。
【００３１】
図９に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態において第１の実施形態と相違するのは、第１から第３の光ファイバ束５５，５６，５７に係るフォトサーマルアクチュエータを第１のフォトサーマルアクチュエータ群５８として、そのフォトサーマルアクチュエータ群５８と軸心Ｘを挟んで１８０°対向する位置に第４から第６の光ファイバ束６５、６６、６７を有する第２のフォトサーマルアクチュエータ群６８が設けられている点である。これにより、チューブ８１は、複数の長手方向の位置で屈曲可能であることに加えて、２方向への屈曲も可能となる。
【００３２】
例えば、図１０に示すように、第１の光ファイバ束５５と、第６の光ファイバ束６７とに光を入射することにより、先端面８１ｄから遠い位置でチューブ８１を屈曲させながら、先端面８１ｄから近い位置でその方向とは逆方向にチューブ８１を屈曲させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、フォトサーマルアクチュエータ群は２つから構成されているが、３つ以上設けられる構成にしても良い。例えば、３つのフォトサーマルアクチュエータ群が設けられる場合、フォトサーマルアクチュエータ群は同心円上に略等間隔に１２０°の位置に配置される。また、例えば、４つのフォトサーマルアクチュエータ群が設けられる場合、フォトサーマルアクチュエータ群は同心円上に略等間隔に９０°の位置に配置される。すなわち、それぞれの光ファイバ束に入射する光量を調整することにより、チューブを任意の方向に屈曲させることができる。
【００３４】
図１１は第３の実施形態の光ファイバ束２３の先端部２３ｃを示す。本実施形態において第１の実施形態と相違する点は、光ファイバ束に被覆される熱受容体が合成樹脂膜によって形成されている点である。以下相違点のみ説明する。
【００３５】
熱受容体２４は、光ファイバ束２３の半片側部分に主に被覆され、その被覆される部分は先端面２３ｄの一部と、外周面２３ｔの所定面２３ｓである。すなわち、先端面２３ｄは、その半分以上を熱受容体２４によって半円状２３ｊに被覆され、外周面２３ｔは、側方から見ると三角形となるように所定面２３ｓ上に熱受容体２４が被覆される。また、所定面２３ｓの外周２３ｕは放物線を呈す。
【００３６】
第３の実施形態における光ファイバ束２３の製造方法を図１２に示す。本製造方法においては、まず、光ファイバ束２３は、熱受容体２４が半片側部分に主に被覆されるように液面に対して斜めに合成樹脂液２７の中に浸漬される。このとき、光ファイバ束の先端面２３ｄが半分以上浸漬される。
【００３７】
合成樹脂液２７は、カーボンブラックが配合されて黒色に着色されたものであり、使用される合成樹脂は、紫外線硬化樹脂である。浸漬された光ファイバ束２３は、光ファイバ束２３内に入射された光が、光ファイバ束に付着した合成樹脂液２３を照射することにより、外周面２３ｔの所定面２３ｓおよび先端面２３ｄの一部に合成樹脂が被膜させられる。なお、光ファイバ束に付着した合成樹脂液２７に照射される光は、浸漬後光ファイバ束２３が合成樹脂液２７から引き上げられた後に、外部から照射される構成にしてもよい。
【００３８】
ここで合成樹脂液２７は、光ファイバ束に被膜したときに光を吸収するものであれば良く、着色されているものが好ましく、黒色に着色されているものがさらに好ましいが、カーボンブラックによって着色されているものに限定されるわけではない。また、使用される合成樹脂は、紫外線硬化樹脂に限定されるわけではなく、液体またはペースト状のものであって、物理的、化学的作用を施すことにより硬化するものであれば良く例えば、感光性樹脂や熱硬化性樹脂等であっても使用可能である。
【００３９】
以上のように第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、容易な構造で所定方向に能動的に多関節で屈曲させることができるフォトサーマルアクチュエータを得ることができる。
【００４０】
図１３は、本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態において、熱受容体３４は、第１の実施形態で用いられる金属膜の熱受容体と、第３の実施形態で用いられる合成樹脂膜の熱受容体から成る。すなわち、本実施形態では、光ファイバ束３３には、第１の実施形態の熱受容体１４と同様の形状を有する金属膜３４ａが被覆され、その上から第３の実施形態の熱受容体２４と同様の形状を有する合成樹脂膜３４ｂが被覆され、熱受容体３４が形成される。被覆方法等その他の構成は、第１および第３の実施形態と同様である。これにより、熱受容体３４は、第１および第３の実施形態に比べ、光ファイバ束の先端部３３ｃに導かれる光をより効率よく熱に変換させることができる。
【００４１】
図１４は、本発明の第５の実施形態を示す。本実施形態において、第１の実施形態と相違するのは、先端部４３ｃが、円柱を軸心に対して傾斜する平面で切断した形状を有している点である。その他の構成は第１の実施形態と同様である。すなわち、光ファイバ束４３は先端部４３ｃが光ファイバ束４３の軸心Ｙに対して傾斜するように切断され、その先端面４３ｄが研磨された後、第１の実施形態と同様の手法により製造される。これにより、先端部４３ｃの曲げ剛性が小さくなり、光ファイバ束４３はより屈曲しやすくなる。また、特に、先端面４３ｄが軸心Ｙに対して４５°で傾斜している場合、光ファイバ束４３の先端部４３ｃに導かれる光は、先端面４３ｄで全反射して、外周面４３ｔに照射されるため、熱受容体４４が光から吸収する熱効率が向上する。
【００４２】
以上のように本発明の第５の実施形態においては、先端面を軸心に対して斜めに設けることにより、第１の実施形態に比べて、より屈曲しやすいフォトサーマルアクチュエータを得ることができる。
【００４３】
図１５は本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態において、第５の実施形態と相違するのは、熱受容体が合成樹脂膜によって形成されている点である。すなわち、熱受容体７４は、軸心Ｙに対して傾斜している先端面７３ｄの半分以上を半円状７３ｊで被覆し、外周面７３ｔ上を側方から見ると三角形となるように所定面７３ｓ上に被覆し、そして、その所定面７３ｓはその外周が放物線を呈す。本実施形態においても製造方法は、先端部７３ｃを切断、研磨後、第３の実施形態と同様に製造される。
【００４４】
図１６は本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態において第５の実施形態と相違するのは、熱受容体８４が金属膜８４ａおよび合成樹脂膜８４ｂからなる点である。すなわち、本実施形態においては第４の実施形態と同様に、光ファイバ束８３に、第５の実施形態の熱受容体４４と同様の形状を有する金属膜８４ａが被覆され、その上から第６の実施形態の熱受容体７４と同様の形状を有する合成樹脂膜８４ｂが被覆され、熱受容体８４が形成される。
【００４５】
なお、本実施形態においてフォトサーマルアクチュエータが備えられるのは、内視鏡であったが、ガイドワイヤやカテーテル等であっても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るフォトサーマルアクチュエータは、非常に簡単な構造で能動的に多関節に屈曲させることができ、これにより、内視鏡、カテーテル、ガイドワイヤ等を非常に簡単に多関節に能動的に屈曲させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータの基本的な構造を示す。
【図２】第１の実施形態における光ファイバ束の先端部の側面図を示す。
【図３】第１の実施形態における光ファイバ束の先端面の平面図を示す。
【図４】第１の実施形態における光ファイバ束の動作原理を示す。
【図５】第１の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータの製造方法を示す。
【図６】第１の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータが備えられた内視鏡の挿入部の先端部を示す。
【図７】図６におけるＣ−Ｃ線の断面図を示す。
【図８】第１の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータの動作原理を示す。
【図９】第２の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータが備えられた内視鏡の挿入部の先端部の斜視図を示す。
【図１０】第２の実施形態におけるチューブの動作図を示す。
【図１１】第３の実施形態における光ファイバ束の先端部の側面図（ａ）と、先端面の平面図（ｂ）を示す。
【図１２】第３の実施形態におけるフォトサーマルアクチュエータの製造方法を示す。
【図１３】第４の実施形態における光ファイバ束の先端部の側面図（ａ）と、先端面の平面図（ｂ）と、（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図（ｃ）を示す。
【図１４】第５の実施形態におけるチューブの先端部の側面図（ａ）と、先端面の平面図（ｂ）を示す。
【図１５】第６の実施形態におけるチューブの先端部の側面図（ａ）と、先端面の平面図（ｂ）を示す。
【図１６】第７の実施形態における光ファイバ束の先端部の側面図（ａ）と、先端面の平面図（ｂ）と、（ａ）におけるＤ−Ｄ線の断面図（ｃ）を示す。
【符号の説明】
１１、８１チューブ
１２レーザ光源
１３、２３、３３、４３、５３、５５、５６、５７、６３、６５、６６、６７、７３、８３光ファイバ束
１３ｃ、２３ｃ、３３ｃ、４３ｃ、５３ｃ、６３ｃ先端部
１３ｓ、２３ｓ、５３ｓ、６３ｓ所定面
１３ｔ、２３ｔ、５３ｔ、６３ｔ外周面
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４熱受容体
１６フォトサーマルアクチュエータ
５８、６８フォトサーマルアクチュエータ群[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photothermal actuator provided in a guidewire, a catheter, an endoscope, or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the industrial field, an endoscope has been used as a means for nondestructively inspecting and inspecting a gas pipe or a narrow portion having a large number of curved surfaces that cannot be entered by humans. Also, in the medical field, catheters, endoscopes, and the like are used as instruments that are inserted into a living body to diagnose and treat an affected part with minimal invasiveness.
[0003]
With the advancement of medical care in recent years, particularly invasive medical treatments using catheters and endoscopes are expanding the range of use, but for example, endoscopes, until the tip of the insertion part reaches the affected part, You have to insert the inside of the winding internal organs. Therefore, it is desirable that the insertion portion of the endoscope bend at a plurality of positions in the longitudinal direction.
[0004]
Therefore, conventionally, a catheter using a shape memory alloy coil or a fluid pressure is used as a device for bending a catheter, an endoscope, or the like at a plurality of positions in a longitudinal direction, that is, at multiple joints. Some are known (for example, Patent Document 2).
[0005]
However, these actuators are difficult to miniaturize due to their complicated structure.In addition, when using a shape memory alloy coil, for example, it is necessary to energize the living body to heat the coil, Control must be performed. Also, when using fluid pressure, pressure control must be carefully performed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-29947 [Patent Document 2]
JP 2001-70453 A
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and it is intended to actively bend an endoscope, a catheter, a guide wire, and the like with a multi-joint using a photothermal actuator having a very simple structure. Aim.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A photothermal actuator according to the present invention includes a first and second optical fiber bundles inserted in a longitudinal direction of a tube, light incident means for incident light on the first and second optical fiber bundles, First and second heat receptors coated on predetermined surfaces of respective outer peripheral surfaces of the second optical fiber bundle and heated by light incident on the first and second optical fiber bundles, respectively. The longitudinal positions of the tubes facing the first and second heat receptors are different, and at least one of the first and second heat receptors is heated, so that the heated heat receptor and the corresponding heat receptor are heated. The portion of the associated optical fiber bundle is elongated, and at least a portion of at least one of the first and second optical fiber bundles is bent, and the tube is bent accordingly. Thereby, the photothermal actuator of the present invention can actively bend the tube at a plurality of positions in the longitudinal direction.
[0009]
Preferably, the predetermined surface is an outer peripheral surface of a half-side portion of the corresponding optical fiber bundle.
Also, preferably, the predetermined surface is located at the tip of the corresponding optical fiber bundle.
[0010]
The tip may have a configuration in which the column is cut by a plane inclined with respect to the axis. Thereby, the photothermal actuator becomes easier to bend.
[0011]
The heat receptor is preferably a metal film or a synthetic resin film. Thus, a photothermal actuator that can be manufactured more easily can be obtained.
[0012]
A guidewire, a catheter, or an endoscope according to the present invention includes any one of the photothermal actuators described above.
[0013]
A guidewire, a catheter, or an endoscope according to the present invention is characterized in that the photothermal actuator described above serves as one photothermal actuator group, and a plurality of photothermal actuator groups are inserted on substantially concentric circles of a tube. Thereby, the guide wire, the catheter, or the endoscope can be bent in a desired direction.
[0014]
A photothermal actuator according to the present invention comprises: an optical fiber bundle inserted in a longitudinal direction of a tube; light incident means for incident light on the optical fiber bundle; and first and second predetermined surfaces on an outer peripheral surface of the optical fiber bundle. A first and a second heat receptor heated by light incident on the bundle of optical fibers, respectively, wherein the longitudinal positions of the tubes facing the first and second heat receptors are different, Heating the first and second heat receptors extends the heated heat receptor and a portion of the corresponding fiber optic bundle, causing the fiber optic bundle to bend and the tube to be bent accordingly. It is characterized by the following. Thus, the tube can be bent at a plurality of positions in the longitudinal direction by light incident on one optical fiber bundle.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 shows a basic structure for bending an optical fiber bundle 13 constituting a photothermal actuator in the first embodiment. The optical fiber bundle 13 is provided with a laser light source 12 for making light incident on the optical fiber bundle 13. A controller 21 for adjusting the light amount of the laser light source is connected to the laser light source 12. A predetermined surface 13s of the outer peripheral surface 13t of the distal end portion 13c of the optical fiber bundle 13 is coated with a heat receptor 14 which is a metal film. The metal film is not particularly limited, but is chromium, nickel, gold, or the like. The photothermal actuator according to the present embodiment includes a plurality of optical fiber bundles as described later, and the plurality of optical fiber bundles receive light from the same laser light source 12 and have the same laser light source 12. The controller 21 is connected. Here, the controller 21 is provided with switching so that it is possible to select one or more of the optical fiber bundles to which the light is incident, and further adjusts the amount of light incident on each optical fiber bundle. be able to.
[0017]
FIGS. 2 and 3 show the distal end 13 c of the optical fiber bundle 13. The optical fiber bundle 13 has a core 13a provided at the center and a clad 13b formed around the core. The refractive index of the core portion 13a is larger than the refractive index of the clad portion 13b, and the laser light incident on the optical fiber bundle 13 from the laser light source 12 propagates through the core portion 13a and is guided to the tip portion 13c. The distal end face 13d, which is one end face of the optical fiber bundle, is a plane perpendicular to the axis Y, and the outer circumference 13h of the distal end face 13d is substantially circular. The predetermined surface 13s on which the heat receptor 14 is coated is an outer peripheral surface 13t of a half-side portion of the optical fiber bundle 13, and the length thereof is a fixed length L from the outer periphery 13h.
[0018]
FIG. 4 shows the principle of bending the optical fiber bundle 13.
As shown in (a), in the initial state, the optical fiber bundle 13 is straight. As shown in (b), when light is guided to the tip 13c of the optical fiber bundle 13, the light is absorbed by the heat receptor 14 and the heat receptor 14 is heated. The light propagates to a part of the fiber bundle 13. As a result, as shown in (c), the heat receiving body 14 and one half of the optical fiber bundle 13 are elongated, but the other half is not elongated. By bending the coated fiber 14 in the opposite direction, the tube 11 into which the optical fiber bundle is inserted is also bent. The heat receiver 14 is made of a metal having a different coefficient of thermal expansion from that of the optical fiber bundle 13, which can cause a larger bending.
[0019]
FIG. 5 shows a manufacturing method of coating the optical fiber bundle 13 with the heat receptor 14. In this manufacturing method, the optical fiber bundle 13 is placed on the V-groove 18b of the V-groove fixing jig 18 from the distal end portion 13c to the middle abdomen 13e. The placed optical fiber bundle 13 has a half-side portion located in the V-groove 18b, and the other half-side portion protrudes from the V-groove 18b. A cover mask 19 is placed between the protruding half-side portion and a portion at a predetermined distance from the middle abdomen 13e. As a result, a predetermined surface 13s having a height L with the outer periphery 13h of the half-side portion of the optical fiber bundle 13 as a base is exposed to the outside. The predetermined surface 13s exposed to the outside is coated with metal by vapor deposition or sputtering, and a metal film is formed.
[0020]
6 and 7 show the distal end structure of the insertion section of the endoscope provided with the photothermal actuator according to the first embodiment. The insertion section of the endoscope has a tube 11, and the photothermal actuator 16 has optical fiber bundles 13, 53, 63 inserted into the tube 11. The second and third optical fiber bundles 53 and 63 have the same configuration as the first optical fiber bundle 13.
[0021]
One optical fiber insertion hole 10 is provided at a position close to the outer peripheral surface 11 s of the tube 11 in parallel with the axis X of the tube 11. The bottom of the insertion hole 10 extends to a position close to the distal end face 11 d of the tube 11. The cross section of the insertion hole 10 extends in an arc shape along the outer circumference 11 s, the width thereof is slightly larger than the diameter of the optical fiber bundle, and the arc length is slightly larger than three times the diameter of the optical fiber bundle.
[0022]
First, second, and third optical fiber bundles 13, 53, and 63 are inserted into the optical fiber insertion hole 10 in the longitudinal direction of the tube 11, that is, in the direction parallel to the axis X. 53 are juxtaposed so as to be in contact with the first and second optical fiber bundles 13 and 63. Heat receptors 14, 54, 64 are coated on predetermined surfaces 13s, 53s, 63s of the outer peripheral surfaces 13t, 53t, 63t of the optical fiber bundle. The predetermined surfaces 13s, 53s, and 63s are provided inside so as to face the axis X, respectively.
[0023]
The distal end portion 13c of the first optical fiber bundle 13 is inserted such that the distal end surface 13d is close to the bottom of the optical fiber insertion hole 10. The distal end portion 53c of the second optical fiber bundle 53 is inserted to a position shallower than the position where the first optical fiber bundle 13 is inserted, and the distal end portion 63c of the third optical fiber bundle 63 is inserted to a further shallow position. Has been inserted. That is, the position of the tube 11 facing the second heat receptor 54 in the longitudinal direction is closer to the distal end face 11d than the position of the tube 11 facing the third heat receptor 64 in the longitudinal direction. The longitudinal position of the tube 11 facing the body 14 is closer to the distal end face 11d than the longitudinal position of the tube 11 facing the second heat receptor 54. The three optical fiber bundles 13, 53, 63 are fixed to the tube 11 at arbitrary positions so that the positions of the distal ends do not move.
[0024]
The operation principle of the tube 11 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In the non-operation state, the tube 11 is straight as shown in FIG. As shown in (b), when light is incident on the first optical fiber bundle 13, the optical fiber bundle 13 is bent in the opposite direction in which the heat receptor 14 is coated, and the tube 11 is also bent accordingly. In addition, when light enters the second optical fiber bundle 53 as shown in (c), the optical fiber bundle 53 is bent in the opposite direction in which the heat receptor 54 is coated, and the tube 11 is also bent accordingly. Can be In the present embodiment, the distance between the predetermined surface 53s covered with the heat receptor 54 and the distal end surface 11d of the tube 11 is longer than the distance between the predetermined surface 13s and the distal end surface 11d. Is bent at a position different from the position bent.
[0025]
Further, when light is also incident on the third optical fiber bundle 63 as shown in (d), the optical fiber bundle 63 is bent, and accordingly, the tube 11 is also bent. In the present embodiment, the distance between the predetermined surface 63s covered with the heat receptor 64 and the distal end surface 11d is longer than the distance between the predetermined surface 53s and the distal end surface 11d. , 53 are bent at positions different from the positions bent.
[0026]
As described above, in the present embodiment, a plurality of optical fiber bundles are provided, and the positions of the heat receptors to be coated are different from each other. It can be bent at a plurality of positions.
[0027]
In the present embodiment, three optical fiber bundles are inserted into the tube. In other words, one or more optical fiber bundles are arranged such that the longitudinal position of the tube facing the distal end portion of the optical fiber bundle is different from the longitudinal position of the tube facing the distal end portions of the first to third optical fiber bundles. May be further inserted. Further, two optical fiber bundles may be inserted into the tube.
[0028]
Also, in the present embodiment, a plurality of optical fiber bundles are inserted into the tube, but only one optical fiber bundle may be inserted into the tube. That is, one optical fiber bundle is inserted into the tube, and the first and second predetermined surfaces of the outer peripheral surface of the inserted optical fiber bundle are heated by the light incident on the optical fiber bundle. The tube is coated on the second heat receptor, and the first and second heat receptors face the tube in different longitudinal positions. Thus, the tube can be bent at a plurality of positions in the longitudinal direction by light incident on one optical fiber bundle.
[0029]
In the present embodiment, as the laser light incident on the optical fiber bundle 13, for example, a semiconductor laser light, a gas laser light, a solid laser light, or the like is used.
[0030]
Further, in the present embodiment, the heat receptor is coated on the distal end of the optical fiber bundle, but when the optical fiber bundle is bent at another position, the heat receptor may be coated on a position other than the distal end. .
[0031]
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the photothermal actuators of the first to third optical fiber bundles 55, 56, and 57 are referred to as a first photothermal actuator group 58, A second photothermal actuator group 68 having fourth to sixth optical fiber bundles 65, 66, 67 is provided at a position 180 ° opposite to the axis 58 with respect to the axis X. This allows the tube 81 to bend in two directions in addition to being bendable at a plurality of longitudinal positions.
[0032]
For example, as shown in FIG. 10, by making light incident on the first optical fiber bundle 55 and the sixth optical fiber bundle 67, the distal end surface is bent while the tube 81 is bent at a position far from the distal end surface 81 d. At a position close to 81d, the tube 81 can be bent in a direction opposite to that direction.
[0033]
In this embodiment, the number of photothermal actuator groups is two, but three or more photothermal actuator groups may be provided. For example, when three photothermal actuator groups are provided, the photothermal actuator groups are arranged at substantially equal intervals at 120 ° on a concentric circle. In addition, for example, when four photothermal actuator groups are provided, the photothermal actuator groups are arranged at 90 ° positions at substantially equal intervals on concentric circles. That is, the tube can be bent in an arbitrary direction by adjusting the amount of light incident on each optical fiber bundle.
[0034]
FIG. 11 shows a distal end portion 23c of the optical fiber bundle 23 according to the third embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the heat receptor coated on the optical fiber bundle is formed of a synthetic resin film. Hereinafter, only the differences will be described.
[0035]
The heat receptor 24 is mainly coated on a half-side portion of the optical fiber bundle 23, and the coated portion is a part of the distal end surface 23d and a predetermined surface 23s of the outer peripheral surface 23t. That is, the tip end surface 23d is covered in a semicircular shape 23j by the heat receptor 24 with a half or more thereof, and the heat receptor 24 is coated on the predetermined surface 23s so that the outer peripheral surface 23t becomes a triangle when viewed from the side. Is done. The outer periphery 23u of the predetermined surface 23s has a parabolic shape.
[0036]
FIG. 12 shows a method of manufacturing the optical fiber bundle 23 according to the third embodiment. In the present manufacturing method, first, the optical fiber bundle 23 is immersed in the synthetic resin liquid 27 obliquely with respect to the liquid surface so that the heat receptor 24 is mainly covered on the half side. At this time, the tip surface 23d of the optical fiber bundle is immersed in half or more.
[0037]
The synthetic resin liquid 27 is a mixture of carbon black and colored black, and the synthetic resin used is an ultraviolet curable resin. The immersed optical fiber bundle 23 irradiates the synthetic resin liquid 23 attached to the optical fiber bundle with the light incident on the optical fiber bundle 23, thereby forming one of the predetermined surface 23s and the distal end surface 23d of the outer peripheral surface 23t. The part is coated with a synthetic resin. The light applied to the synthetic resin liquid 27 attached to the optical fiber bundle may be irradiated from the outside after the optical fiber bundle 23 is pulled up from the synthetic resin liquid 27 after immersion.
[0038]
Here, the synthetic resin liquid 27 is only required to absorb light when coated on the optical fiber bundle, and is preferably colored, and more preferably colored black, but is preferably colored with carbon black. It is not limited to what is being done. Further, the synthetic resin used is not limited to an ultraviolet curable resin, but may be a liquid or a paste, and may be any material that can be cured by applying a physical or chemical action. It is possible to use even a thermosetting resin or a thermosetting resin.
[0039]
As described above, also in the third embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain a photothermal actuator that can be actively bent in multiple directions in a predetermined direction with a simple structure.
[0040]
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the heat receptor 34 is composed of the metal film heat receptor used in the first embodiment and the synthetic resin film heat receptor used in the third embodiment. That is, in the present embodiment, the optical fiber bundle 33 is coated with the metal film 34a having the same shape as the heat receptor 14 of the first embodiment, and the heat receptor 24 of the third embodiment is coated thereon. The synthetic resin film 34b having the same shape as that described above is coated, and the heat receptor 34 is formed. Other configurations such as a coating method are the same as those of the first and third embodiments. Thus, the heat receptor 34 can convert light guided to the distal end portion 33c of the optical fiber bundle into heat more efficiently than in the first and third embodiments.
[0041]
FIG. 14 shows a fifth embodiment of the present invention. The present embodiment differs from the first embodiment in that the distal end portion 43c has a shape obtained by cutting a cylinder at a plane inclined with respect to the axis. Other configurations are the same as those of the first embodiment. That is, the optical fiber bundle 43 is cut in such a manner that the distal end portion 43c is inclined with respect to the axis Y of the optical fiber bundle 43, and after the distal end surface 43d is polished, manufactured by the same method as in the first embodiment. Is done. Thus, the bending rigidity of the distal end portion 43c is reduced, and the optical fiber bundle 43 is more easily bent. In particular, when the distal end surface 43d is inclined at 45 ° with respect to the axis Y, the light guided to the distal end portion 43c of the optical fiber bundle 43 is totally reflected by the distal end surface 43d and is reflected on the outer peripheral surface 43t. Because of the irradiation, the thermal efficiency of the heat receptor 44 absorbing light from light is improved.
[0042]
As described above, in the fifth embodiment of the present invention, by providing the tip end surface obliquely with respect to the axis, a photothermal actuator that is more easily bent than in the first embodiment can be obtained. .
[0043]
FIG. 15 shows a sixth embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the heat receptor is formed of a synthetic resin film. That is, the heat receptor 74 covers a half or more of the front end surface 73d inclined with respect to the axis Y with a semicircular shape 73j, and has a predetermined surface so that the outer peripheral surface 73t becomes a triangle when viewed from the side. The outer surface of the predetermined surface 73s has a parabolic shape. Also in the present embodiment, the manufacturing method is the same as that of the third embodiment, after cutting and polishing the tip portion 73c.
[0044]
FIG. 16 shows a seventh embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the heat receptor 84 comprises a metal film 84a and a synthetic resin film 84b. That is, in the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the optical fiber bundle 83 is covered with the metal film 84a having the same shape as the heat receptor 44 of the fifth embodiment, Is covered with a synthetic resin film 84b having a shape similar to that of the heat receptor 74 of the embodiment, and the heat receptor 84 is formed.
[0045]
Although the endoscope is provided with the photothermal actuator in the present embodiment, a guidewire, a catheter, or the like may be used.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, the photothermal actuator according to the present invention can be actively bent into multiple joints with a very simple structure, thereby making it possible to easily use endoscopes, catheters, guide wires, and the like. The joint can be flexed actively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a basic structure of a photothermal actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a distal end portion of the optical fiber bundle according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view of a distal end surface of the optical fiber bundle according to the first embodiment.
FIG. 4 shows an operation principle of the optical fiber bundle according to the first embodiment.
FIG. 5 shows a method of manufacturing the photothermal actuator according to the first embodiment.
FIG. 6 shows a distal end portion of an insertion portion of an endoscope provided with the photothermal actuator according to the first embodiment.
FIG. 7 is a sectional view taken along line CC in FIG. 6;
FIG. 8 illustrates an operation principle of the photothermal actuator according to the first embodiment.
FIG. 9 is a perspective view of a distal end portion of an insertion section of an endoscope provided with the photothermal actuator according to the second embodiment.
FIG. 10 shows an operation diagram of the tube in the second embodiment.
FIG. 11 shows a side view (a) of a tip end portion of an optical fiber bundle and a plan view (b) of a tip end surface in a third embodiment.
FIG. 12 shows a method for manufacturing a photothermal actuator according to the third embodiment.
FIG. 13 shows a side view (a) of a distal end portion of an optical fiber bundle according to a fourth embodiment, a plan view (b) of the distal end surface, and a cross-sectional view (c) taken along the line AA in (a). .
FIG. 14 shows a side view (a) of a distal end portion of a tube and a plan view (b) of a distal end surface in a fifth embodiment.
FIG. 15 shows a side view (a) of a distal end portion of a tube and a plan view (b) of a distal end surface in a sixth embodiment.
FIG. 16 shows a side view (a) of a tip end portion of an optical fiber bundle according to a seventh embodiment, a plan view (b) of the tip end face, and a cross-sectional view (c) taken along line DD in (a). .
[Explanation of symbols]
11, 81 Tube 12 Laser light source 13, 23, 33, 43, 53, 55, 56, 57, 63, 65, 66, 67, 73, 83 Optical fiber bundles 13c, 23c, 33c, 43c, 53c, 53c, 63c 13s, 23s, 53s, 63s Predetermined surfaces 13t, 23t, 53t, 63t Outer peripheral surfaces 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84 Heat receptor 16 Photothermal actuators 58, 68 Photothermal actuator group

Claims

First and second optical fiber bundles inserted in the longitudinal direction of the tube, light incident means for injecting light into the first and second optical fiber bundles, and the first and second optical fiber bundles First and second heat receptors coated on predetermined surfaces of respective outer peripheral surfaces of the first and second optical fiber bundles and heated by light incident on the first and second optical fiber bundles, respectively.
The longitudinal position of the tube facing the first and second heat receptors is different,
By heating at least one of the first and second heat receptors, the heated heat receptor and a portion of the corresponding optical fiber bundle are elongated, and the first and second heat receptors are heated. A photothermal actuator, wherein at least a portion of an optical fiber bundle is bent, and the tube is bent accordingly.

The photothermal actuator according to claim 1, wherein the predetermined surface is an outer peripheral surface of a corresponding half-side portion of the optical fiber bundle.

The photothermal actuator according to claim 1, wherein the predetermined surface is located at a tip end of the corresponding optical fiber bundle.

The endoscope according to claim 3, wherein the distal end has a shape obtained by cutting a cylinder at a plane inclined with respect to an axis.

The endoscope according to claim 1, wherein the heat receptor is a metal film or a synthetic resin film.

A guide wire, comprising: the photothermal actuator according to claim 1.

A catheter, comprising: the photothermal actuator according to claim 1.

An endoscope comprising: the photothermal actuator according to claim 1.

A guide wire, wherein the photothermal actuator according to claim 1 is used as one photothermal actuator group, and the plurality of photothermal actuator groups are inserted on substantially concentric circles of the tube.

A catheter, wherein the photothermal actuator according to any one of claims 1 to 5 is regarded as one photothermal actuator group, and the plurality of photothermal actuator groups are inserted on substantially concentric circles of the tube.

An endoscope, wherein a plurality of the photothermal actuator groups are inserted on substantially concentric circles of the tube, with the photothermal actuator according to claim 1 as one photothermal actuator group.

An optical fiber bundle inserted in the longitudinal direction of the tube, light incident means for incident light on the optical fiber bundle, and first and second predetermined outer peripheral surfaces of the optical fiber bundle coated with the optical fiber bundle, respectively; First and second heat receptors that are heated by light incident on the fiber bundle;
The first and second heat receptors face different longitudinal positions of the tube,
When the first and second heat receptors are heated, the heated heat receptor and a portion of the optical fiber bundle corresponding thereto are elongated, and the optical fiber bundle is bent, whereby the optical fiber bundle is bent. A photothermal actuator, wherein a tube is bent.