JP2008190910A

JP2008190910A - 曲がり度合い検出装置およびそれを用いた曲がり度合い検出方法

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Publication number: JP2008190910A
Application number: JP2007023371A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujimoto; 英雄藤本; Akito Sano; 明人佐野; Yoshitaka Nagano; 佳孝永野
Original assignee: NTN Corp; Nagoya Institute of Technology NUC; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp; Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP5136747B2

Abstract

【課題】体内の管に挿入される線状体の曲がり度合いを検出することが可能な曲がり度合い検出装置を提供する。
【解決手段】この曲がり度合い検出装置は、光ファイバ２のコア３とクラッド４の境界の一部に凹凸面５を形成し、光ファイバ２の曲がり度合いに応じた量の光が凹凸面５から漏れるようにした光ファイバセンサ１と、光ファイバ２の一方端に結合された光源部１２と、光ファイバ２の他方端に設けられた反射膜１０と、光ファイバ２の一方端に結合され、光源部１２から出射されて反射膜１０によって反射された光の量を検出する受光部１３とを備えたものである。したがって、受光部１３の検出結果に基づいてカテーテル１４の先端部の曲がり度合いを求めることができる。
【選択図】図７

Description

この発明は曲がり度合い検出装置およびそれを用いた曲がり度合い検出方法に関し、特に、対象物の曲がり度合いを検出する曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法に関する。より特定的には、この発明は、体内の管に挿入されるカテーテルのように細いワイヤ形状のものについて、その先端の曲がり具合を検出する曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法に関する。

脳動脈瘤の塞栓手術において、カテーテル先端の曲がり度合いは、カテーテルを介して脳動脈瘤に詰め込まれる白金コイルなどの塞栓材の詰め込み度合いを知る重要な情報である。脳動脈瘤の中にカテーテル先端を配置し、カテーテルの中から脳動脈瘤に塞栓材を詰め込んでいくとき、カテーテルの先端が動かないように、カテーテルに適当な湾曲をつけて、湾曲部によってカテーテルを血管壁に保持している。塞栓材が十分詰め込まれると、塞栓材を詰め込むことができなくなるので、詰め込もうとする力は、カテーテルを動脈瘤から押し出そうとするか、カテーテルの曲がり度合いを大きくしようと作用する。このカテーテル先端の様子から、塞栓材の詰め込みが十分かどうかを判断することができる。

従来は、カテーテル先端にＸ線不透過のマーカを付け、血管に挿入されたカテーテル先端のＸ線透視画像を観察することにより、カテーテル先端の曲がり度合いを検出していた。

また、体内の血管や尿管などの管に挿入する光ファイバセンサが特許文献１，２に開示されている。特許文献１の光ファイバセンサは、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）を施した光ファイバを３本設けて、ブラッグ反射の波長から、光ファイバの曲がり度合いを検出するものである。この光ファイバセンサは、体内の管の曲がり具合を測定するために使用される。

また、特許文献２の光ファイバセンサは、光ファイバの特定箇所のクラッド層を薄くすることで、その特定箇所のみを他の箇所よりも曲がり易くし、光ファイバの先端に圧力を加えたときに、その特定箇所のみが大きく曲がるようにし、光ファイバの曲がりによる伝送損失を大きくさせて、その伝送損失から圧力を測定するものである。

また、特許文献３には、光ファイバの外周面の一部に凹凸を設けて光ファイバセンサを形成し、外周面の凹凸から漏れる光の量が光ファイバセンサの曲がり度合いに応じて変化することを利用した曲がり度合い検出装置が開示されている。この曲がり度合い検出装置では、光ファイバセンサを対象物に取り付け、光ファイバセンサの一方端に設けられた光源から出射されて光ファイバセンサを通過した光の量を光ファイバセンサの他方端に設けられた光量検出部で検出し、その検出結果に基づいて対象物の曲がり度合いを検出する。
特表２００３−５１５１０４号公報特開平７−３２８１２８号公報米国特許第５，３２１，２５７号明細書

しかし、Ｘ線透視画像を観察してカテーテル先端の曲がり度合いを検出する方法では、次の問題がある。すなわち、Ｘ線透視画像は２次元画像であるため、３次元的な挙動をするカテーテル先端の動きを明瞭に観察することはできない。また、塞栓材は一般にＸ線を透過しないので、脳動脈瘤に塞栓材が詰まってくるとカテーテル先端のＸ線不透過のマーカの位置が不明瞭になる。

そこで、特許文献１〜３の光ファイバセンサをカテーテル先端の曲がり度合いの検出に使用することが考えられるが、いくつかの問題がある。まず特許文献１の問題点は次の通りである。

（１）ＦＢＧを施した光ファイバセンサは曲がり度合いを検出できるが、曲がり方向を検出することはできない。特定箇所の曲がり度合いと曲がり方向を検出するには、３本以上の光ファイバセンサを使用する必要がある。

（２）３本の光ファイバセンサを使用して曲がり方向を検出する場合、各光ファイバセンサの曲がりの内側と外側に発生する曲がり度合いの微小な差から曲がり方向を求めるために、曲がり方向の感度が低い。

（３）光源としてレーザを使用し、しかも受光側にはレーザ光の波長を測定するための分光器などの光学系が必要である。その光学系を３本分用意する必要があり、測定器が非常に高価格になる。

（４）現在の技術では、ＦＢＧはガラス製の光ファイバに施すことができるが、柔軟で折れ難いプラスチック製の光ファイバに施すことはできない。ガラス製の光ファイバは、細径のものでも曲げると折れ易い。また、固いので柔軟なガイドワイヤやカテーテルに取り付けると、それらの柔軟性が失われる可能性がある。

次に、特許文献２の問題点は次の通りである。
（１）光ファイバの特定箇所を曲げ易くして圧力を測定するので、ガイドワイヤやカテーテルに光ファイバセンサを取り付けた場合に、特定箇所を曲げ易くした特徴を活かすことができない。

（２）この光ファイバセンサも曲がり度合いを検出できるが、曲がり方向を検出することはできない。特定箇所の曲がり度合いと曲がり方向を検出するには、３本以上の光ファイバセンサを使用する必要がある。

また、特許文献３の曲がり度合い検出装置では、光ファイバセンサの一方端に光源を取り付け、他方端に光量検出部を取り付けているので、この装置を用いてカテーテル先端の曲がり度合いを検出するためには、光ファイバセンサを２つに折り曲げてカテーテルに取り付け、光ファイバセンサの両端を人体の外側に配置する必要がある。しかし、光ファイバセンサを極端に曲げると、光が伝播しないので、曲がり度合いを検出することができない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、プラスチック製の光ファイバで構成することができ、少ない数の光ファイバで曲がり方向を検出することができ、安価な光学系を使用することができ、体内の管に挿入される線状体の曲がり度合いを検出することが可能な曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法を提供することである。

この発明に係る曲がり度合い検出装置は、対象物の曲がり度合いを検出する曲がり度合い検出装置であって、光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、対象物に取り付けられた光ファイバ内を伝播する光のうちの、光ファイバの曲がり度合いに応じた量の光が凹凸から光ファイバの外部に漏れるようにされた光ファイバセンサと、光ファイバの一方端に結合された光源と、光ファイバの他方端に設けられた反射部材と、光ファイバの一方端に結合され、光源から出射されて反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部とを備えたことを特徴とする。

好ましくは、光ファイバの中心軸を含む平面に沿って切断された凹凸の断面において、凹凸の外周のうちの少なくとも一部の外周に対する接線と光ファイバの中心軸とは交差する。

また好ましくは、光源と光量検出部と光ファイバの一方端との間に設けられ、光源から出射された光を光ファイバに入射させるとともに、反射部材で反射された光を光量検出部に入射させる光分岐部を備え、光源と光量検出部と光ファイバと光分岐部は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されている。

また好ましくは、光量検出部の出力信号を対象物の曲がり度合いに変換するための情報を記憶する記憶素子が設けられる。

また好ましくは、対象物は、医療用カテーテルのような中空チューブである。
また好ましくは、対象物は、医療用ガイドワイヤのような可撓性を有する線状体である。

また、この発明に係る曲がり度合い検出方法は、上記曲がり度合い検出装置の光ファイバセンサのうちの凹凸が形成された部分を対象物に取り付け、光量検出部の検出結果に基づいて対象物の曲がり度合いを検出することを特徴とする。

好ましくは、曲がり度合い検出装置を複数使用し、各光ファイバセンサのうちの凹凸が形成された部分を対象物に取り付けるとともに各光ファイバセンサの凹凸を他の光ファイバセンサの凹凸と異なる方向に向けて、複数の光量検出部の検出結果に基づいて対象物の曲がり度合いと曲がり方向を検出する。

また好ましくは、曲がり度合い検出装置を複数使用し、各光ファイバセンサのうちの凹凸が形成された部分を対象物に取り付けるとともに複数の光ファイバセンサの凹凸を対象物の一方端からの距離が異なる複数の位置にそれぞれ配置し、複数の光量検出部の検出結果に基づいて対象物の曲がり度合いを検出する。

また好ましくは、対象物の曲がり度合いの検出結果に基づいて、対象物の曲がり状態を画像表示装置の画面に表示する。

この発明に係る曲がり度合い検出装置では、光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、対象物に取り付けられた光ファイバ内を伝播する光のうちの、光ファイバの曲がり度合いに応じた量の光が凹凸から光ファイバの外部に漏れるようにされた光ファイバセンサと、光ファイバの一方端に結合された光源と、光ファイバの他方端に設けられた反射部材と、光ファイバの一方端に結合され、光源から出射されて反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部とが設けられる。したがって、光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸を形成するだけなので、プラスチック製の光ファイバで構成することができる。また、凹凸の方向が異なる２本の光ファイバセンサで曲がり方向を検出することができ、従来よりも少ない数の光ファイバで曲がり方向を検出することができる。また、分光器は不要であり、安価な光学系を使用することができる。また、光ファイバセンサの一方端に光源と光量検出部を設け、その他方端に反射部材を設けたので、光ファイバセンサの他方端を線状体とともに体内の管に挿入し、光ファイバセンサの一方端から曲がり度合いを検出することができる。

図１および図２は、この発明の一実施の形態による曲がり度合い検出装置の光ファイバセンサ１の構成を示す断面図であり、特に、図１は中心軸１ａを含む平面に沿って切断された光ファイバセンサ１の断面を示す図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１および図２において、この光ファイバセンサ１は光ファイバ２のコア３とクラッド４の境界の一部に凹凸面５を形成したものである。凹凸面５は、光ファイバ２の長さ方向に配列された複数の凹凸５ａを含む。凹凸５ａは、たとえば、コア３の外周面に中心軸１ａと直交する方向に、底が円弧状の溝を切り込み、その溝をクラッド４の材料で埋めたような形状を有する。凹凸５ａの外周のうちの少なくとも一部の外周の接線Ｌと中心軸１ａとは交差する。

図１において、凹凸５ａに入射しない光線Ｌａは、コア３およびクラッド４の境界面と成す角度θａが臨界角θｃより小さいので、コア３およびクラッド４の境界面で全反射して光ファイバ２内を伝播して行く。一方、凹凸５ａに入射した光線Ｌｂは、コア３およびクラッド４の境界面と成す角度θｂが臨界角θｃより大きいので、クラッド４の外へ放射され、光ファイバ２中を伝播して行くことができない。光ファイバ２では、コア３の屈折率ｎ１とクラッド４の屈折率ｎ２とが非常に近いので、臨界角θｃは非常に小さい。なお、臨界角θｃは、数式θｃ＝ｓｉｎ^−１√（２・Δ）≒√（２・Δ）で求められる。ここで、Δは比屈折率差であり、数式Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１で求められる。

図１では、光ファイバ２が真直ぐな状態においても、クラッド４の外へ放射される光線Ｌｂがある。図３に示すように、凹凸面５を外側にして光ファイバ２を内側にα度曲げると、クラッド４の外へ放射される光線が増える。また、αをマイナスにするように図３とは反対の方向に曲げると、クラッド４の外へ放射される光線が減少する。この現象を、次に説明する。

図１の凹凸面５において、コア３およびクラッド４の境界面を示す曲線を微小長さの多数の微小直線に分割し、各微小直線を延長した直線と光ファイバ２の中心軸（すなわち光ファイバセンサ１の中心軸１ａ）との成す角度を求め、角度と微小曲線の数との関係を図示すると図４の角度分布曲線Ａが得られる。曲線Ａは、０度で最大になり、なだらかな山型になる。

通常の光ファイバ、あるいは図１の凹凸面５の無い部分において同様の処理を行なうと、コア３およびクラッド４の境界面と光ファイバ２の中心軸とは平行であるであるため、図４の角度分布曲線Ｂが得られる。曲線Ｂは、０度で最大になり、急峻な山型になる。

図４に、クラッド４の外に放射される光線の角度βｃを追加する。βｃは臨界角θｃから光ファイバ２の曲げ角度αを引いたものである（βｃ＝θｃ−α）。光ファイバ２の中心軸に対する光線の角度βが、βｃよりも大きい場合、その光線はクラッド４より外に放射される。通常の光ファイバであっても、極端に曲げるとαが大きくなるので、βｃが０に近づき、光線はクラッドの外へ放射されて光ファイバは光を伝播させることができない。

凹凸面５においては、αが０であっても、βｃよりも大きい角度を持つ凹凸５ａがあるから、光はクラッド４より外に放射される。そして、光ファイバ２の曲がり度合いが変化すると、すなわちαが変化すると、βｃが変化しクラッド４より外に放射される光の量が変わることになる。

βｃに対する曲げ角度αの影響は、中心軸に対して、片側の面ではプラスに作用し、反対側の面ではマイナスに作用するが、本発明では、片側の面のみに凹凸面５が設けられているので、反対側の面は影響を受けない。したがって、αの変化によって、クラッド４から外に放射される光線が増減するので、光ファイバ２のコア３内を通過する光の光量を測定することによって、凹凸面５に垂直な方向（図２ではＹ軸方向）の曲がり度合いを知ることができる。

したがって、図５に示すように、２本の光ファイバセンサ１を用意し、一方の光ファイバセンサ１の凹凸面５をＹ軸に垂直に配置し、他方の光ファイバセンサ１の凹凸面５をＸ軸に垂直（すなわちＹ軸に平行）に配置することにより、２次元の曲がり度合い、すなわち曲がり度合いと曲がり方向を検出することができる。

図６は、凹凸面５の形成方法を例示する断面図である。図６において、この凹凸面５の形成方法では、まず、光ファイバ２の外周面に中心軸１ａと直交する方向に、底がＶ字型の溝を切り込む。溝の深さは、溝の底がコア３およびクラッド４の界面を越えてコア３に達するように設定される。また、溝は、所定のピッチで複数形成される。次に、複数の溝を埋めるようにしてクラッド４に相当する材料でコーティング層６を形成する。これにより、凹凸面５を容易に形成することができる。なお、光ファイバ２としては、プラスチック製のものを使用すれば容易に加工できるが、ガラス製のものを使用してもよい。

図７（ａ）（ｂ）は、図１〜図６で示した光ファイバセンサ１を用いた曲がり度合い検出装置の構成を示す断面図であり、特に、図７（ａ）は図７（ｂ）のＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面図である。

図７（ａ）（ｂ）において、この曲がり度合い検出装置は、２本の光ファイバセンサ１を備える。２本の光ファイバセンサ１の凹凸面５は、図５で示したように、それぞれＹ軸およびＸ軸に垂直に配置されている。各光ファイバセンサ１の先端面には、光を反射させるための反射膜１０が形成され、その基端面はＹ分岐型光導波路１１を介して光源部１２と受光部１３に接続されている。２本の光ファイバセンサ１は、体内の血管のような管に挿入するための医療器具であるカテーテル１４内に設けられている。カテーテル１４は可撓性を有する中空チューブである。２本の光ファイバセンサ１は、カテーテル１４を貫通する中空部１４ａに沿ってカテーテル１４内に封入されており、カテーテル１４とともに曲がる。

光源部１２から出射された光線はＹ分岐型光導波路１１を介して光ファイバセンサ１に入射され、光ファイバセンサ１中を伝播して反射膜１０で反射され、光ファイバセンサ１中を再度伝播し、Ｙ分岐型光導波路１１を介して受光部１３に入射される。このとき、光ファイバセンサ１中を伝播する光のうちの光ファイバセンサ１の曲がり度合いに応じた量の光が、凹凸面５から外部に漏れる。したがって、２本の光ファイバセンサ１のそれぞれにおいて受光部１３の受光量を読み取ることで、カテーテル１４先端の曲がり度合いおよび曲がり方向を検知することできる。

図８は、光ファイバセンサ１の曲率半径Ｒ（曲がり度合い）の逆数１／Ｒと、受光部１３であるフォトダイオードの出力（受光量）との関係を示す図である。光源部１２としてＬＥＤを使用し、光ファイバ２として直径０．２５ｍｍのプラスチック製の光ファイバを使用した。光ファイバセンサ１の曲率半径Ｒは、図９に示すように、曲率中心から光ファイバセンサ１の凹凸面５が形成された部分までの距離（ｍｍ）とした。また、光ファイバセンサ１の曲率半径Ｒの極性は、凹凸面５を外側にして光ファイバセンサ１を内側に曲げたときを正とし、逆に曲げたときを負とした。図８に示すように、フォトセンサの出力は、１／Ｒに比例して大きくなった。したがって、フォトセンサの出力から光ファイバセンサ１の曲率半径Ｒすなわちカテーテル１４の曲率半径Ｒを容易に求めることができる。

なお、光源部１２としてＬＥＤを使用し、受光部１３としてフォトダイオードを使用することにより、光源部１２および受光部１３を低価格で製造することができる。また、光源部１２にＬＥＤ用の駆動回路を組み込み、受光部１３にフォトダイオード用の増幅回路を組み込んでもよい。また、Ｙ分岐光導波路１１も、２本のプラスチック製光ファイバを熱融着するなどして安価に製造することができる。また、光ファイバセンサ１とＹ分岐光導波路１１と光源部１２と受光部１３は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されている。したがって、この曲がり度合い検出装置は、カテーテル１４とともに使い捨てにすることができる。もし、光ファイバセンサ１と光源部１２および受光部１３とを別々に構成すると、両者の光軸あわせや接合部での反射が無視できず、使用時に校正しなくてはならず、使い勝手が悪い。

また、プラスチック製の光ファイバはガラス製の光ファイバに比べて、光ファイバ内での光の減衰が大きい。体内の管に挿入するカテーテル１４の長さは１．５ｍ程度であるので、光が光ファイバ２内を伝播する距離は往復で３ｍ程度となる。したがって、光ファイバ２での光減衰は無視できないので、プラスチック製の光ファイバで最も光減衰が少ない色であるオレンジ色の光を使うことが好ましい。また、受光部１３として使用されるフォトダイオードやフォトトランジスタの光感度は、赤から赤外の波長の光に対して最も高くなる。一方、プラスチック製の光ファイバでは赤外線の光減衰が大きいので、赤外線を使用することは好ましくない。したがって、光源部１２から出射する光としては、プラスチック製の光ファイバを使用する場合には、オレンジから赤の波長の光が好ましい。

以下、この実施の形態の種々の変更例について説明する。図１０の変更例では、カテーテル１４に４対の光ファイバセンサ１が組み込まれる。各光ファイバセンサ１には、図７で示したように、反射膜１０、Ｙ分岐型導波路１１、光源部１２、および受光部１３が設けられている。４対の光ファイバセンサ１は、それぞれ曲がり度合い検出装置Ｓ１〜Ｓ４の主要部を構成している。曲がり度合い検出装置Ｓ１〜Ｓ４の光ファイバセンサ１の凹凸面５は、図１１に示すように、カテーテル１４の先端からの距離が異なる位置Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれ配置されている。この変更例では、カテーテル１４の先端部の４箇所の曲がり度合いおよび曲がり方向を検出できるので、カテーテル１４の先端部の曲がり状態をより詳細に知ることができる。

図１２の変更例では、図７の曲がり度合い検出装置の各光ファイバセンサ１にＹ分岐型光導波路１５および受光部１６が追加される。光源部１２から出射された光は、Ｙ分岐型光導波路１１，１５を介して光ファイバセンサ１に入射されるとともに、光受光部１６に入射される。また、反射膜１０で反射された光は、Ｙ分岐型光導波路１５，１１を介して受光部１３に入射される。受光部１６によって光ファイバセンサ１に入射される前の光量を検出し、その検出結果に基づいて、光源部１２から出射される光の量を一定に保つか、または受光部１３で検出された反射光の量を補正する。これにより、より高精度の測定を行なうことができる。

図１３の変更例では、図７の曲がり度合い検出装置の各光ファイバセンサ１に、補正用メモリ１７およびコネクタ１８が追加される。図７の曲がり度合い検出装置では、反射膜１０の反射率、凹凸面５の角度分布、Ｙ分岐型光導波路１１の分岐配分、光源部１２および受光部１３と光ファイバセンサ１との結合状態などの影響を受けて、検出結果がばらつく。補正用メモリ１７には、そのような検出結果のばらつきを補正するための情報が格納される。補正用メモリ１７は、光源部１２および受光部１３とともにコネクタ１８の入力端子群に取り付けられる。コネクタ１８の出力端子群は、曲がり度合い検出装置の制御、曲がり度合いの演算、曲がり方向の演算などを行なうための制御部（図示せず）に接続される。医療用のカテーテル１４は一般的に使い捨てであるので、補正用メモリ１７などもカテーテル１４とともに使い捨てされる。したがって、カテーテル１４を交換すれば、補正用メモリ１７なども一緒に交換されるので、検出結果のばらつきを容易に補正することができる。

図１４（ａ）（ｂ）の変更例では、図１３で示した曲がり度合い検出装置のコネクタ１８が演算制御装置２０を介してディスプレイ２１に接続される。演算制御装置２０は、曲がり度合い検出装置からの信号に基づいてカテーテル１４の先端部の曲がり度合いおよび曲がり方向を求め、求めた曲がり状態のカテーテル１４の先端部の画像をディスプレイ２１に表示させる。カテーテル１４の先端部の曲がり状態が変化すると、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、画像も変化する。

カテーテル１４は人体２２の動脈に挿入される。術者２３は、カテーテル１４内に設けられた可撓性のガイドワイヤ（図示せず）を操作し、図１５（ａ）に示すように、カテーテル１４の先端を脳動脈２４を介して脳動脈瘤２５内に誘導する。次に術者２３は、カテーテル１４の先端が動かないように、カテーテル１４の先端部に適当な湾曲をつけ、湾曲部によってカテーテル１４を血管壁に保持する。次いで術者２３は、カテーテル１４の中空部１４ａにワイヤ２６を挿入し、そのワイヤ２６を使用して脳動脈瘤２５内に塞栓材（白金コイル）２７を詰め込んでいく。塞栓材２７が十分詰め込まれると、塞栓材２７を詰め込むことができなくなるので、詰め込もうとする力は、図１５（ｂ）に示すように、カテーテル１４の曲がり度合いを大きくしようと作用する。術者２３は、ディスプレイ２１に表示されたカテーテル１４先端の様子から、塞栓材２７の詰め込みが十分かどうかを判断することができる。

図１６の変更例では、より高精度に曲がり度合いを検出するため、２本の光ファイバセンサ１に加え、補正用光ファイバセンサ３０が設けられる。補正用光ファイバセンサ３０は、凹凸面５が設けられていない点を除けば、光ファイバセンサ１と同じ構成である。補正用光ファイバセンサ３０の一方端面には反射膜１０が設けられ、その他方端面はＹ分岐型光導波路１１を介して光源部１２および受光部１３に接続されている。

光ファイバセンサ１を極端に屈曲させると、凹凸面５以外の部分でも光が漏れるので、途中経路に極端な屈曲部が存在する場合は、受光部１３に到達する光の量が減少し、カテーテル１４先端部の曲がり度合いの検出精度が劣化する。補正用光ファイバセンサ３０には凹凸面５がないので、補正用光ファイバセンサ３０に対応する受光部１３における光量の減少は、途中経路の極端な屈曲部の存在に起因する。したがって、その減少分を各光ファイバセンサ１に対応する受光部１３における受光量に加算することにより、途中経路の極端な屈曲部の影響をなくすことができ、カテーテル１４先端部の曲がり度合いを精度良く検出することができる。

図１７の変更例では、より高精度に曲がり度合いを検出するため、３本の光ファイバセンサ１が使用される。３本の光ファイバセンサ１の凹凸面５は、順次１２０度ずつずらして配置される。このように配置された３本の光ファイバセンサ１に接続された３つの受光部１３の受光量を加算すると、凹凸面５の影響をキャンセルすることができる。したがって、３本の光ファイバセンサ１用の３つの受光部１３における受光量をそれぞれの感度に合わせて補正し、その平均値を計算することで、途中経路における極端な屈曲部による光量の減少が分かる。この平均値の減少量により、各受光部１３の受光量を補正し、曲げ方向と曲げ度合いを計算すれば、カテーテル１４先端部の曲がり度合いを精度良く検出することができる。

なお、この実施の形態では、光ファイバセンサ１をカテーテル１４に取り付けたが、これに限るものではなく、カテーテル１４を誘導するガイドワイヤのような細長い線状体に光ファイバセンサ１を取り付けてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態による曲がり度合い検出装置の光ファイバセンサの構成を示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１に示した光ファイバセンサの原理を説明するための図である。図１に示した光ファイバセンサの原理を説明するための他の図である。図１に示した光ファイバセンサの効果を説明するための図である。図１に示した光ファイバセンサの作成方法を例示する図である。図１〜図６に示した光ファイバセンサを用いた曲がり度合い検出装置の構成を示す断面図である。図７に示した光ファイバセンサの曲率半径の逆数と受光部であるフォトダイオードの出力との関係を示す図である。図８に示した光ファイバセンサの曲率半径を説明するための図である。この実施の形態の変更例を示す断面図である。図１０に示した４本の光ファイバセンサの凹凸面の位置を示す図である。この実施の形態の他の変更例を示す断面図である。この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。この実施の形態のさらに他の変更例を示す図である。図１４に示したカテーテルの動作を示す断面図である。この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。

符号の説明

１光ファイバセンサ、１ａ中心軸、２光ファイバ、３コア、４クラッド、５凹凸面、５ａ凹凸、６コーティング層、１０反射膜、１１，１５Ｙ分岐型光導波路、１２光源部、１３，１６受光部、１４カテーテル、１４ａ中空部、Ｓ１〜Ｓ４曲がり度合い検出装置、Ｐ１〜Ｐ４位置、１７補正用メモリ、１８コネクタ、２０演算制御装置、２１ディスプレイ、２２人体、２３術者、２４脳動脈、２５脳動脈瘤、２６ワイヤ、２７塞栓材、３０補正用光ファイバセンサ。

Claims

対象物の曲がり度合いを検出する曲がり度合い検出装置であって、
光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、前記対象物に取り付けられた前記光ファイバ内を伝播する光のうちの、前記光ファイバの曲がり度合いに応じた量の光が前記凹凸から前記光ファイバの外部に漏れるようにされた光ファイバセンサと、
前記光ファイバの一方端に結合された光源と、
前記光ファイバの他方端に設けられた反射部材と、
前記光ファイバの一方端に結合され、前記光源から出射されて前記反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部とを備えたことを特徴とする、曲がり度合い検出装置。
前記光ファイバの中心軸を含む平面に沿って切断された前記凹凸の断面において、前記凹凸の外周のうちの少なくとも一部の外周に対する接線と前記光ファイバの中心軸とは交差することを特徴とする、請求項１に記載の曲がり度合い検出装置。
前記光源と前記光量検出部と前記光ファイバの一方端との間に設けられ、前記光源から出射された光を前記光ファイバに入射させるとともに、前記反射部材で反射された光を前記光量検出部に入射させる光分岐部を備え、
前記光源と前記光量検出部と前記光ファイバと前記光分岐部は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の曲がり度合い検出装置。
前記光量検出部の出力信号を前記対象物の曲がり度合いに変換するための情報を記憶する記憶素子を備えたことを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の曲がり度合い検出装置。
前記対象物は、医療用カテーテルのような中空チューブであることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の曲がり度合い検出装置。
前記対象物は、医療用ガイドワイヤのような可撓性を有する線状体であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の曲がり度合い検出装置。
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の曲がり度合い検出装置の光ファイバセンサのうちの前記凹凸が形成された部分を前記対象物に取り付け、前記光量検出部の検出結果に基づいて前記対象物の曲がり度合いを検出することを特徴とする、曲がり度合い検出方法。
前記曲がり度合い検出装置を複数使用し、各前記光ファイバセンサのうちの前記凹凸が形成された部分を前記対象物に取り付けるとともに各前記光ファイバセンサの凹凸を他の前記光ファイバセンサの凹凸と異なる方向に向けて、複数の前記光量検出部の検出結果に基づいて前記対象物の曲がり度合いと曲がり方向を検出することを特徴とする、請求項７に記載の曲がり度合い検出方法。
前記曲がり度合い検出装置を複数使用し、各前記光ファイバセンサのうちの前記凹凸が形成された部分を前記対象物に取り付けるとともに複数の前記光ファイバセンサの凹凸を前記対象物の一方端からの距離が異なる複数の位置にそれぞれ配置し、複数の前記光量検出部の検出結果に基づいて前記対象物の曲がり度合いを検出することを特徴とする、請求項７に記載の曲がり度合い検出方法。
前記対象物の曲がり度合いの検出結果に基づいて、前記対象物の曲がり状態を画像表示装置の画面に表示することを特徴とする、請求項７から請求項９までのいずれかに記載の曲がり度合い検出方法。