JP2006212357A

JP2006212357A - Ｏｃｔ画像診断装置用プローブユニット

Info

Publication number: JP2006212357A
Application number: JP2005031142A
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: JP4647327B2

Abstract

【課題】ＯＣＴ画像診断装置用プローブを駆動ユニットに接続する操作を容易にする。
【解決手段】ＯＣＴ画像診断装置用プローブユニット9において、軸の回りに回転する光ファイバ13をシース11に収容したプローブ10を、光ファイバ13を回転する駆動ユニット30に容易に装着するため、駆動ユニット30に、装着時に光ファイバ13と接続されるロータリコネクタ32の回転を規制する駆動する回転規制部材50を設ける。回転規制部材50はハウジング31の外部に突出した操作部51と、ハウジング内部にあって歯車列の一部に離接可能に設けられた規制部52とからなり、操作部51をスプリング56力に抗して押し込むことにより規制部52を歯車列の一部に接触させることにより歯車列の回転を阻止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）画像診断装置用プローブユニットに関し、特に、プローブと該プローブの駆動ユニットとの結合に特徴を有するプローブユニット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なプローブの構成、プローブのシース内で光ファイバを回転させるための機構、該光ファイバの回転を駆動する駆動ユニットの機構、および駆動ユニットとプローブとをいかに接続させるかなど、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り、取り扱いが容易で精度の高いプローブユニットの開発が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、特にＯＣＴ画像診断装置のプローブを駆動ユニットに接続する操作を容易にしたプローブユニットを提供することを目的とするものである。

本発明のＯＣＴ画像診断装置用プローブユニットは、軸の回りに回転する光ファイバを被覆管に収容したプローブと、該プローブと装置本体との間に着脱自在に装着されて前記光ファイバを回転するとともに該光ファイバを装置本体側から延びた光ファイバと光学的に接続する駆動ユニットとからなるＯＣＴ画像診断装置用プローブユニットにおいて、
前記駆動ユニットが、前記プローブの光ファイバと接続されるロータリコネクタと、該ロータリコネクタを回転駆動する歯車列を有する駆動部とを、前記プローブの被覆管側に固定されるハウジング内に備え、
前記ロータリコネクタと前記光ファイバが、回転により互いに螺合される、内部に光ファイバを通す空間を有する環状の回転部材からなる接続部を備え、
前記ハウジングが、該ハウジング外から操作されることにより前記歯車列の回転を阻止する回転規制部材を備えたことを特徴とするものである。

回転規制部材は、外部から操作可能で歯車列の回転を規制するものであれば、いかなる構成のものであってもよいが、例えば、前記ハウジングの外部に突出した操作部と、該ハウジングの内部にあって該操作部の操作により前記歯車列の一部に離接可能に設けられた規制部とからなり、該操作により該規制部が前記歯車列の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものを用いることができる。

より具体的には、例えば、回転規制部材として、前記規制部が前記歯車列から常時離れた位置にあるように該回転規制部材を付勢する付勢部材を備え、前記操作部の操作により該付勢部材の付勢に抗して該回転規制部材をハウジングに押し込むことにより前記規制部を前記歯車列の一部に接触または係合させるものを用いることができる。

なお、前記規制部を備えた回転規制部材としては、前記規制部を前記歯車列のうち最大径の歯車の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものとすることが望ましい。

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ユニットは、プローブと駆動ユニットとは、ロータリコネクタと光ファイバとが、回転により互いに螺合される、内部に光ファイバを通す空間を有する環状の回転部材からなる接続部を備えており、この接続部は歯車列と共に回転するものであるが、駆動ユニットのハウジングが歯車列の回転を阻止する回転規制部材を備えているため、プローブと駆動ユニットとの着脱時には、歯車列の回転を規制し、回転を止めた状態で光ファイバとロータリコネクタの接続部を螺合させるので容易に両者を螺着することができる。なお、回転規制部材を備えない場合、接続部の螺挿時に回転してしまい螺着できない可能性が考えられる。

また、螺子式嵌合タイプのロータリコネクタを用いることができ、押込式嵌合タイプのコネクタを用いる場合と比較して、接合部材間のガタが生じず、プローブの光ファイバと装置本体側から延びた光ファイバの光軸を高精度に一致させることができる。さらに、ロータリコネクタとして、安価な市販品を用いることができ、全体のコストを抑えることができる。

なお、回転規制部材として、ハウジングの外部に突出した操作部と、該ハウジングの内部にあって該操作部の操作により前記歯車列の一部に離接可能に設けられた規制部とからなり、該操作により該規制部が前記歯車列の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものを用いれば、簡易な構成でプローブを駆動ユニットに容易に装着することができる。

また、回転規制部材として、前記規制部が前記歯車列から常時離れた位置にあるように該回転規制部材を付勢する付勢部材を備え、前記操作部の操作により該付勢部材の付勢に抗して該回転規制部材をハウジングに押し込むことにより前記規制部を前記歯車列の一部に接触または係合させるものを用いれば、回転規制部材を、通常は歯車列の回転を阻止しない開放位置に、プローブと駆動ユニットとの嵌着時および脱着時には歯車列の回転を阻止する規制位置となるように簡便な操作で行うことができる。

さらに、回転規制部材を、前記規制部を前記歯車列のうち最大径の歯車の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものとすれば、回転規制に要する力を小さくすることができ、より簡便な操作が可能となる。

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ユニットを備えたＯＣＴ画像診断装置の概略構成を示す図、図２はプローブおよびプローブと駆動ユニットとの接続部の側断面を示す図、図３は駆動ユニットの側断面を示す図、図４は駆動ユニットの内部の概略構成を示す斜視図、図５は図４に示す駆動ユニットのＶ−Ｖ断面図であり、回転規制部材の説明図である。

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、本発明の実施形態に係るプローブユニット９とから構成されている。

本実施の形態によるプローブユニット９は、長尺の可撓性シース11と該シース11が固定された基端部19を有するプローブ10と、該プローブ10が着脱自在とされている該プローブ10を駆動する駆動ユニット30とからなる。なお、プローブ10は、内視鏡の鉗子口を介して体腔内に挿入されるものであり、その目的に適する例えば３ｍ程度の長さを有する。

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、フレキシブルシャフトは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により導光された測定光Ｌ1を該光ファイバ13の光軸と交わる方向（ここでは、光軸に略垂直な方向）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によるラジアル走査が可能となっている。

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が貫通する連結部材23、光ファイバ13の基端が接着され、連結部材23に連結して設けられているフェルール24、連結部材23の基端側の周囲に配置された該連結部材23を基端側に付勢するスプリング25と、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、シャフト保持部材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。

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ロータリエンコーダ34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34の歯車32ａ、33ａ、34ａ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34の歯車34ａ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34は、その歯車34ａ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34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り、リング部材35と接続リング部材26により接続部が構成されている。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51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、ロータリコネクタ32の回転を規制するものである。

図５は回転規制部材50の構造および作用を説明するための図であり、同図（Ａ）は、図３のＶ−Ｖ断面図である。図５（Ａ）は回転規制部材による開放位置を示すものであり、同図（Ｂ）は回転規制部材による規制位置を示すものである。

回転規制部材50は、ハウジング31外部に突出した操作部51と、樹脂製の規制部52と両者を連結する金属製の円柱状連結部53とからなり、操作部51と規制部52は連結部53により一体的に固定されている。ハウジング31には回転規制部材50の連結部53が貫入される円筒部55が設けられており、連結部53と円筒部との間には操作部51をハウジング外部に付勢する付勢部材としてバックスプリング56が介装されている。規制部52はゴム製であってもよい。

通常は、バックスプリング56により操作部51が付勢されて規制部52が歯車32ａに接触しない状態が保たれて、図５（Ａ）に示すように回転規制部材50は開放位置に位置されている。

一方、バックスプリング56の付勢力に抗して操作部51を押下することにより、図５（Ｂ）に示すように、規制部52をロータリコネクタ32の歯車32ａの一部に接触させ、該ロータリコネクタ32の回転を規制することができる。具体的には、規制部52の係止部52ａが、歯車32ａの歯車と係合し回転が係止される構成である。

なお、ここでは、回転規制部材50の規制部52を、ロータリコネクタ32、駆動モータ33、ロータリエンコーダ34の歯車のうち最大径であるロータリコネクタの歯車32ａの一部に接触させて歯車32ａの回転を規制している。最大径の歯車に接触させる構成にすることによってより小さな力で歯車の回転を阻止することができる。しかしながら、回転規制部材は、ロータリコネクタの歯車に接触させる構成に限るものではなく、いずれの歯車の回転を止める構成であってもよい。

次に、プローブ10の駆動ユニット30への装着方法について説明する。

プローブ10の外スリーブ22は図中実線で示す嵌合位置と、一点鎖線で示す開放位置との間で移動可能となっており、プローブ10を駆動ユニット30に装着する際には、外スリーブ22を開放位置とした状態で接続リング部材26と駆動ユニット30側のリング部材35とを螺合させる。接続リング部材26をリング部材35に螺挿する際には、回転規制部材50の操作部51をハウジング31内方に押下し、規制部52の係止部52ａを歯車32ａの歯車と係合させてロータリコネクタ32の回転を止め、ロータリコネクタ32の回転に伴って回転するリング部材35の回転を止めた状態とする。リング部材35が回転しないように回転規制部材50の操作部51を押下した状態を保ったまま、接続リング部材26を図中一点鎖線位置の開放位置から実線位置の螺着位置まで螺入し、リング部材35と接続リング部材26を螺着する。

リング部材35と接続リング部材26を螺着させた後、回転規制部材50の操作部51の押下を解除する。回転規制部材50のバックスプリング56の作用により、操作部51はハウジング外方に向けて付勢され、規制部52が歯車から離間されて係止状態が解除される。

その後、外スリーブ22を駆動ユニット側にスライドさせ、ハウジング31の装着口31ｃに嵌合させる。

本実施形態のように、プローブ10と駆動ユニット30の光軸部分を螺合により接続することにより、固定光ファイバ７とプローブ10の光ファイバ13の光軸の一致精度を良好なものとすることができる。また、ネジ式のリング部材35を備えたロータリコネクタとしては、安価な市販品を利用することができるため、コストを抑制することができる。

なお、上記のようにプローブ10を駆動ユニット30に装着した状態で、駆動モータ33が駆動すると、モータ33の歯車33ａと噛合したロータリコネクタ32の歯車32ａが回転し、この回転に伴いリング部材35と該リング部材35に接続されたプローブ10の接続リング部材26および、該接続リング部材26に連結されたプローブ基端部19の回転部材が回転し、該回転部材の一端に固定されているフレキシブルシャフト14に回転が伝えられ、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。光ファイバ13の回転に伴って、光ファイバ13の先端に連結されたプリズム17が光ファイバ13の光軸を中心として回転することにより、測定光のラジアル走査が可能となる。

なお、プローブ10の駆動ユニット30からの脱着方法は、装着と逆手順で行えばよい。まず、外スリーブ22をハウジング31から脱着して開放位置とし、回転規制部材50の操作部51を押下してロータリコネクタ32の回転を規制してリング部材35の回転を止める。リング部材35の回転を止めた状態で接続リング部材26をリング部材35から脱離させることによりプローブ10を駆動ユニット30から脱着させることができる。なお、リング部材を脱離させた後、回転規制部材50の操作部51の押下を解除する。

このように、本実施形態のプローブユニットにおいては、駆動ユニット30が回転規制部材50を備えているため、プローブ10と駆動ユニット30との着脱を非常に容易に行うことができ、取り扱い性が良好である。

以下、本発明の実施の形態のプローブユニットを備えた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Ｌ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。

本発明によるプローブユニットを備えたＯＣＴ画像診断装置の概略構成図プローブおよびプローブユニットの接続部の側断面を示す図駆動ユニットの側面一部断面図駆動ユニットの内部概略構成を示す斜視図（Ａ）回転規制部材による開放位置を示す駆動ユニット断面図、および（Ｂ）回転規制部材による規制位置を示す駆動ユニット断面図

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
26 接続リング部材
30 駆動ユニット
31 ハウジング
32 ロータリコネクタ
32ａ歯車
33 駆動モータ
33ａ歯車
34 ロータリエンコーダ
34ａ歯車
35 リング部材
50 回転規制部材
51 操作部
52 規制部
53 連結部
55 挿入筒
56 バックスプリング

Claims

軸の回りに回転する光ファイバを被覆管に収容したプローブと、該プローブと装置本体との間に着脱自在に装着されて前記光ファイバを回転するとともに該光ファイバを装置本体側から延びた光ファイバと光学的に接続する駆動ユニットとからなるＯＣＴ画像診断装置用プローブユニットにおいて、
前記駆動ユニットは、前記プローブの光ファイバと接続されるロータリコネクタと、該ロータリコネクタを回転駆動する歯車列を有する駆動部とを、前記プローブの被覆管側に固定されるハウジング内に備え、
前記ロータリコネクタと前記光ファイバは、回転により互いに螺合される、内部に光ファイバを通す空間を有する環状の回転部材からなる接続部を備え、
前記ハウジングが、該ハウジング外から操作されることにより前記歯車列の回転を阻止する回転規制部材を備えたことを特徴とするＯＣＴ画像診断装置用プローブユニット。
前記回転規制部材が、前記ハウジングの外部に突出した操作部と、該ハウジングの内部にあって該操作部の操作により前記歯車列の一部に離接可能に設けられた規制部とからなり、該操作により該規制部が前記歯車列の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものであることを特徴とする請求項１記載のプローブユニット。
前記回転規制部材が、前記規制部が前記歯車列から常時離れた位置にあるように該回転規制部材を付勢する付勢部材を備え、前記操作部の操作により該付勢部材の付勢に抗して該回転規制部材をハウジングに押し込むことにより前記規制部を前記歯車列の一部に接触または係合させるものであることを特徴とする請求項２記載のプローブユニット。
前記回転規制部材が、前記規制部を前記歯車列のうち最大径の歯車の一部に接触または係合することにより前記歯車列の回転を阻止するものであることを特徴とする請求項２または３記載のプローブユニット。