JP2006212356A

JP2006212356A - Ｏｃｔ画像診断装置用プローブ

Info

Publication number: JP2006212356A
Application number: JP2005031141A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Tanaka; 俊積田中
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: JP4685467B2

Abstract

【課題】ＯＣＴ画像診断装置のプローブの耐久性を向上させる。
【解決手段】ＯＣＴ画像診断装置用プローブ10において、シース11および基端部19の固定部材からなる被覆管内に、装着位置間の長さＤよりも短い自然長Ｄ₀の光ファイバ13を常に引っ張った状態で保持する保持手段を備える。光ファイバ13を常に引っ張った状態で装着することにより、光ファイバ13の光軸方向の収縮する向きへ印加される力を抑制し断線を防止すると共に、プローブ屈曲状態におけるラジアル走査時の回転ムラを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）画像診断装置用プローブに関するものであり、特に長尺の光ファイバを備えたプローブに関するものである。

近年、低コヒーレンス光を用いたＯＣＴ画像診断装置、特に低コヒーレンス光干渉光の光強度をヘテロダイン検波により測定することにより、被測定組織の光断層画像を取得するＯＣＴ画像診断装置が、医療診断に応用されつつある。

このＯＣＴ画像診断装置は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などから成る光源から出射された低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割し、ピエゾ素子等により参照光または測定光の周波数を僅かにシフトさせ、測定光を被測定組織に入射させて該被測定組織の所定の深度で反射した反射光と参照光とを干渉させ、その干渉光の光強度をヘテロダイン検波により測定し、断層情報を取得するものであり、参照光の光路上に配置した可動ミラーなどを微少移動させ、参照光の光路長を僅かに変化させることにより、参照光の光路長と測定光の光路長が一致した、被測定組織の深度での情報を得ることができる。

このようなＯＣＴ画像診断装置を使用すれば、数１０μｍ程度の高解像度で被観察体を観察することができる。そのため、早期癌の診断なども可能となるため、内視鏡装置の鉗子口に挿入可能な光ファイバを備えたプローブにより測定光および測定光の反射光を導光して、体腔内の光断層画像を取得する方法の開発が進められている。

また、測定光によるラジアル走査を行うために、測定光を出射するプリズムと、該プリズムに測定光を導光する光ファイバを回転させるため、光ファイバを覆うシース内に回転シャフトを備え、該回転シャフトを回転駆動させるように構成したＯＣＴ画像診断装置が、例えば非特許文献１に記載されている。
Scanning single-mode fiber optic catheter-endoscope for optical coherence tomography :OPTICS LETTER Vol.21,No7 P543〜P545

しかしながら、内視鏡装置の鉗子口に挿入可能な程度に長尺のプローブの構成、光ファイバの光軸と垂直な方向に光を出射させてラジアル走査を行うための機構など、実用化に至る具体的な構成や機構などは未だ開発段階にある。

ＯＣＴ画像診断装置におけるプローブとしては、装置本体からプローブ先端まで光を導光する光ファイバを備えていること、体腔内に直接もしくは内視鏡の鉗子口に挿通された状態で挿入される際、挿入経路に沿って曲がるものであること、また、体腔壁などと接触することによる衝撃に強く耐久性が高いこと、精度よく断層画像の測定を行うことができることなどが求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、光断層画像の測定を行うＯＣＴ画像診断装置のプローブとして、耐久性に優れた精度の高いプローブを提供することを目的とするものである。

本発明は、低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割し、該測定光の被観察体に対して走査させ、該測定光の前記被観察体の所定深度からの反射光と前記参照光との干渉を用いて光断層画像を取得するＯＣＴ画像診断装置用プローブであって、
ＯＣＴ画像診断装置の本体からプローブ先端に延びた、前記測定光および前記反射光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバを被覆する少なくとも先端側の一部が可撓性の被覆管と、
該被覆管内に、前記光ファイバを常に引っ張った状態で保持する保持手段とを備えたことを特徴とするものである。

なお、プローブは、内視鏡の鉗子口に挿通されるものとすることができる。

本発明のＯＣＴ画像診断用プローブは、光ファイバを常に引っ張った状態に保持する保持手段を備え、光ファイバが被覆管内部で常に引っ張った状態に保持されているため、プローブが体腔内に直接もしくは内視鏡の鉗子口に貫通された状態で挿入され挿入経路に沿って曲げられた場合に、光ファイバが被覆部材内部で弛まないので光ファイバの光軸方向の収縮する向きに力がかからないため断線の虞がない。また、プローブの先端が体腔壁に接触した際などには光ファイバに対して光軸方向の収縮する方向に力が加わる虞があるが、本発明のプローブは、光ファイバが引っ張った状態で保持されているため、仮にそのような力が加わったとしてもほとんど収縮されず断線する虞が非常に低い。すなわち、本発明のプローブは、外力を受けた場合の光ファイバ断線の虞が軽減され耐久性に非常に優れたものである。

また、光ファイバが常に引っ張った状態に保持されているため、プローブの屈曲時にも被覆部材内部で光ファイバが弛まず、光ファイバ先端がプローブ先端側に移動することなく一定位置に維持されるため、光ファイバをその光軸中心に回転させてラジアル走査を行う場合においては、回転ムラを抑制するというさらなる効果を奏する。したがって、本発明のプローブによれば、ラジアル走査による断層画像の取得精度を良好なものとすることができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブを備えたＯＣＴ画像診断装置の概略構成を示す図、図２はプローブの側断面を示す図、図３はプローブ先端部の側断面を示す拡大図、図４は駆動ユニットの側断面を示す図である。

ＯＣＴ画像診断装置１は、光源２、干渉計３、プローブ駆動制御回路４および信号処理部５を含む装置本体６と、該装置本体６と光ファイバ７および電気信号ケーブル８により接続される駆動ユニット30と、該駆動ユニット30に着脱自在とされている本発明の実施形態に係るプローブ10とから構成されている。

本実施の形態によるプローブ10は、先端にキャップ12が被装されて先端が閉塞された長尺の可撓性のシース11と該シース11の基端側が固定された基端部19の固定部材とからなる被覆管の内側にシース先端から基端部19にかけて延びる、測定光Ｌ1および該測定光Ｌ1の反射光Ｌ2を導光する光ファイバ13と、該光ファイバ13の周りに配置されたフレキシブルシャフト14とを備え、このフレキシブルシャフト14の回転に伴って光ファイバ13が回転する構成とされている。フレキシブルシャフト14は、金属線材を密巻き螺旋状に巻回した密着コイルからなり、この密着コイルは２重に設けられている。外側の密着コイルの巻回方向と、内側の密着コイルの巻回方向とは相互に反対方向となっており、これによって、フレキシブルシャフトの基端部左右いずれの方向に回転させても、その回転力を密着コイルの内側に配された光ファイバ13に確実に伝えることができる。なお、フレキスブルシャフトは２重の密着コイルだけでなく、回転方向が１方向のものであれば、１重のものであってよく、３重乃至それ以上の多重の密着コイルや、複数本の金属線材を螺旋状に巻回した多条コイルや複数本の金属線材を２重乃至それ以上に巻回した多条、多重コイル等であってもよい。

光ファイバ13の先端にはフェルール15が取り付けられており、さらにＧＲＩＮレンズ（勾配屈折率レンズ）16およびプリズム17が設置されている。プリズム17は光ファイバ13に導光された測定光Ｌ1を該光ファイバ13の光軸ＣＬと交わる方向（ここでは、光軸ＣＬに略垂直な方向）に出射すると共に反射光Ｌ2を受光して光ファイバ13側に反射する反射光学素子である。光ファイバ13、フェルール15、ＧＲＩＮレンズ16およびプリズム17は連結部材41により連結されて、光ファイバ13の回転に伴って一体的に回転するものであり、プリズム17が回転することにより測定光Ｌ1を被観察体に対してラジアル走査させることができる。光ファイバ13はその先端がフェルール15に固着されており、フェルール15は先端側連結部材41に固定保持されている。この先端側連結部材41の一部41ｂにはフレキシブルシャフト14の一端が融着されている。シース内部の先端近傍には係止リング42が介在されており、この係止リング42の内径は先端側連結部材41の外径より小さくすることによって、この先端側連結部材41の端面41ａを係止リング42の先端の端面42ａに当接させて先端側連結部材41の基端側への移動を規制している。

プローブ10の基端部19は、シース11の基端側が嵌合されているシース保持部材21が螺挿され固着されると共に、光ファイバ13およびフレキシブルシャフト14が貫通する内スリーブ20、内スリーブ20の外側に該内スリーブ20に対して光ファイバの光軸方向にスライド可能に取り付けられた外スリーブ22、および内スリーブ20に嵌合固着され、シース11の基端側の部位を囲繞するように設けられた折れ止め用のゴムスリーブ29とからなる固定部材と、フレキシブルシャフト14が固着され、光ファイバ13が貫通する基端側連結部材23、光ファイバ13の基端が接着され、基端側連結部材23に連結して設けられているフェルール24、基端側連結部材23の基端側の周囲に配置された該基端側連結部材23を基端側に付勢するスプリング25、後述の駆動ユニットのリング部材と接続する接続リング部材26、および該接続リング部材26と連結され、基端側連結部材23を囲繞するように配置されている回転筒27からなる回転部材と、固定部材に対して回転部材を回転自在とするベアリング28とを備えている。

さて、図２中にプローブの断面図上方には光ファイバ13の自然状態を示している。図２に示すように、光ファイバ13は、その全長すなわちフェルール15および24に固定された先端から基端までの自然状態における長さ（自然長）Ｄ₀を、プローブ10の管状部材内部における光ファイバ先端および基端保持位置間の長さＤよりも短く設定されている。これにより、光ファイバ13は、先端側において係止リング42により基端側への移動が規制されている先端側連結部材41と、基端側においてスプリング25により付勢された基端側連結部材23との間で引っ張られた状態に装着されることとなる。すなわち、本実施形態においては、先端側連結部材41、係止リング42、基端側連結部材23およびスプリング25により光ファイバ13を引っ張った状態で保持する保持手段が構成されている。

なお、この引張量としては、光ファイバの自然長の0.1％程度が好ましい。例えば、３ｍ長の光ファイバを用いた場合、その引張量は３〜５ｍｍ程度とすればよい。

なお、光ファイバ13を、先端連結部材41に先端を固定してシース内に配置し、先端連結部材41を係止リング42に係止させた状態で、シース11と共にループ状にすることにより、光ファイバ13およびそれに連結された部分の基端側をループ状にする前の位置よりシース11の基端側から突出させ、基端側装着位置に装着する。装着後、ループを解くと光ファイバ13は引っ張った状態となる。

このように、光ファイバ13が引っ張り状態で装着されているので、プローブ10の屈曲時においてプローブ10内で光ファイバ13が弛まないため、ファイバ光軸方向の収縮する向きへの力がほとんどかかることなく、また、プローブ先端が体腔壁等に接触して光ファイバの光軸方向の収縮する向きへ力が加わった場合にも断線の虞が小さく、プローブ10として非常に耐久性が高いものとなっている。

駆動ユニット30は、ハウジング31内部に、光ファイバ13と同軸上に配置され、該光ファイバ13を回動させるロータリコネクタ32と、該ロータリコネクタ32を駆動する駆動モータ33と、ロータリコネクタ32の回転位置を検出する図示しないロータリエンコーダとが収容された構成である。ロータリコネクタ32、駆動モータ33およびロータリエンコーダの歯車が、駆動モータ33の歯車33ａとロータリコネクタ32の歯車32ａが噛み合い、ロータリコネクタ32の歯車32ａとエンコーダの歯車が噛み合うように配置されて歯車列を構成している。なお、ロータリコネクタ32は駆動モータ33の動力をフレキシブルシャフト14に伝え、フレキシブルシャフト14を回転させて、光ファイバ13を回転させるものとなっている。

ハウジング31は、装置本体６のプローブ駆動制御回路４からの電気信号を伝える電気信号ケーブル８を該ハウジング31内部に挿入するためのケーブル挿入部31ａと、光源１から出射された測定光Ｌ1を導光すると共に被観察体からの反射光Ｌ2を干渉計３に導光する、先端が該ハウジング31内部のロータリコネクタ32と同軸上に固定される固定光ファイバ７を挿入するための光ファイバ挿入部31ｂと、プローブ10を着脱するプローブ挿入部31ｃを備えている。プローブ挿入部31ｃは、プローブ10の基端部を回転不能に受容するものである。

ロータリエンコーダは、その歯車の回転を介してロータリコネクタ32の回転角度を検知するものである。駆動モータ33は電気信号ケーブル８を介して本体６のプローブ駆動制御回路４により制御されており、ロータリエンコーダにより検知された回転角度の信号は電気信号ケーブル８を介して制御回路４にフィードバックされる。

ロータリコネクタ32の、プローブ挿入部31ｃ近傍に配置される先端には、該ロータリコネクタ32と共に回動するリング部材35が設けられている。このリング部材35は、既述のプローブ10の基端の接続リング部材26と螺合するものである。プローブ10と駆動ユニット30とは、該プローブ10の光ファイバ13の光軸が固定光ファイバ７の光軸と一致するように、接続リング部材26とリング部材35とを螺合させて嵌着されるものである。

また、駆動ユニット30には、ハウジング31の外部に突出した操作部を有する回転規制部材50が設けられている。この回転規制部材50は、プローブ10の基端の接続リング部材26をリング部材35に螺合する際に、ロータリコネクタ32の回転を規制するものである。

上記実施形態においては、光ファイバが回転することによりラジアル走査を行うプローブについて説明したが、本発明は光ファイバの先端に付設されたミラーを回転させることによりラジアル走査を行うタイプのプローブであってもよい。この場合にも光ファイバを引っ張り状態で保持することにより上記実施形態のプローブと同様に光ファイバの断線を抑制するという効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブを備えたＯＣＴ画像診断装置の作用を簡単に説明する。

まず、プローブ10を駆動ユニット30に装着する。患者の体腔内を観察する際には、内視鏡の鉗子口にプローブ10を挿通し、内視鏡を患者の体腔内に挿入し、内視鏡のモニタに表示される画像を基に、目視により内視鏡の挿入部先端を所望の部位まで誘導する。

光源２から出射された低コヒーレンス光は、干渉計内で参照光と測定光Ｌ1とに分割される。参照光は光路上に設けられたピエゾ素子などにより変調され、参照光と測定光Ｌ1には、僅かな周波数差△ｆが生じる。変調された後の参照光は、図示しない光路遅延部を経て干渉計に帰還せしめられる。

測定光Ｌ1は、ファイバ、レンズ等を介しプローブユニットを導光する固定光ファイバ７に入射され、さらに、該固定光ファイバ７に対して光学的に接続されたプローブ10の光ファイバ13に入射され、光ファイバ13の先端からＧＲＩＮレンズ16およびプリズム17を介して被観察体へ入射される。被観察体に入射された測定光Ｌ1のうち被観察体の所定の深度で反射された反射光Ｌ2は、プリズム17により受光されて光ファイバ側に反射され、ＧＲＩＮレンズ16、光ファイバ13および光ファイバ７を介して干渉計３に帰還せしめられる。干渉計３内において、反射光Ｌ2は光路遅延部を経て干渉計３に帰還せしめられた参照光と合波される。

合波された反射光Ｌ2および参照光は、再び同軸上に重なり、反射光Ｌ2と参照光が干渉して干渉光となり、ビート信号を発生する。参照光および反射光Ｌ2は、可干渉距離の短い低コヒーレンス光であるため、低コヒーレンス光が測定光Ｌ1と参照光に分割されたのち、合波されるまでの測定光Ｌ1（反射光Ｌ2）の光路長が、参照光の光路長に等しい場合に両光が干渉し、この干渉する両光の周波数差（△ｆ）で強弱を繰り返すビート信号が発生する。

図示しない光検出器により干渉光から上記ビート信号の光強度を検出し、ヘテロダイン検出を行い、被観察体の所定深度より反射された測定光の反射光Ｌ2の強度を検出し、信号処理部５へ出力する。

さらにプローブ駆動制御回路４の指示に基づき、駆動モータ33により光ファイバ13を回転させることにより測定光Ｌ1の照射方向を移動させ、被観察体周囲の光ファイバ13の長手方向を軸としたラジアル走査を行う。なお、光路遅延部の光路遅延機構により、参照光の光路長を変化させると、参照光と干渉する反射光の光路長が変化するので、被観察体の断層情報を取得する深度を変化させることができる。

信号処理部５では、光検出部で検出された被観察体周囲の断層情報を基にＯＣＴ画像を生成する。

本ＯＣＴ画像診断装置は、本発明の実施形態のプローブを備えたことにより、プローブ10の屈曲時においてもプローブ内で光ファイバ13が弛まないため、ラジアル走査時に回転ムラを発生させず良好な断層像の測定が可能となる。

本発明の実施形態に係るプローブを備えたＯＣＴ画像診断装置の概略構成図プローブの側断面を示す図プローブ先端部の拡大側断面図駆動ユニットの側面一部断面図

符号の説明

１ＯＣＴ画像診断装置
９プローブユニット
10 プローブ
11 シース
13 光ファイバ
14 フレキシブルシャフト
17 プリズム
23 基端側連結部材
25 スプリング
26 接続リング部材
30 駆動ユニット
31 ハウジング
41 先端側連結部材
42 係止リング
50 回転規制部材

Claims

低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割し、該測定光の被観察体に対して走査させ、該測定光の前記被観察体の所定深度からの反射光と前記参照光との干渉を用いて光断層画像を取得するＯＣＴ画像診断装置用プローブであって、
ＯＣＴ画像診断装置の本体からプローブ先端に延びた、前記測定光および前記反射光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバを被覆する少なくとも先端側の一部が可撓性の被覆管と、
該被覆管内に、前記光ファイバを常に引っ張った状態で保持する保持手段とを備えたことを特徴とするＯＣＴ画像診断装置用プローブ。