JP2009077844A - 光走査プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】光走査するための光学部材の安定した回転を確保しつつ、簡略化・簡便化した製造工程で得ることができ、コストダウンを図ることのできる光走査プローブを提供する。
【解決手段】外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された中空のシャフトと、シャフトの先端に固定され、シャフトの回転に伴って回転するスリーブと、シャフトを貫通し、スリーブに固定されてスリーブの回転に伴って回転する光ファイバと、光ファイバの先端に固定され、光ファイバと共に回転しながら、光ファイバにより伝達された測定光を測定対象に向けて走査し、かつ、測定対象からの測定光の反射光を受けて光ファイバへ送る光走査部材とを有することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体内に挿入して測定対象に光を走査する光走査プローブに関する。

生体組織等の測定対象を切断せずに断層画像を取得する方法として、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測を利用する方法がある。このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、光源から射出された光を測定光と参照光との２つに分け、測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。

このＯＣＴ計測を用いて断層画像を得る光断層画像化装置では、被検体に挿入して測定対象に測定光を走査するための光走査プローブが用いられる。この光走査プローブとして、特許文献１には、挿入部材の内部に、光ファイバを内蔵するフレキシブルシャフトを挿通させ、フレキシブルシャフトの先端部分を軸受けで回転自在に支持し、さらに、フレキシブルシャフトの先端に４５度の傾斜角を有するミラーおよびミラーからの反射光を配光するレンズを設けたものが記載されている。このプローブは、フレキシブルシャフトの基端側がギアを介してモータに接続されており、モータの回転によって、フレキシブルシャフトとミラーおよびレンズとが同時に回転する構成となっている。また、光ファイバをフレキシブルシャフトに固定し、光ファイバとフレキシブルシャフトとを同時に回転させるようにしてもよいとしている。

特許文献２には、プローブ外筒の内部に、その外筒の軸方向に延びる状態に配設された支持部材と、支持部材と並んで配設され、支持部材に固定された光ファイバと、支持部材に固定され、光ファイバの先端から出射した光を外筒の周方向に偏向させるプリズムミラー（光偏向素子）とを備え、支持部材と光ファイバおよびプリズムミラーとを共に回転させる光走査プローブが記載されている。

特許第３１０４９８４号公報 特開２００７−９７７１３号公報

上記特許文献１では、フレキシブルシャフトの先端にミラーを固定しており、モータの駆動力をフレキシブルシャフトによって直接ミラーに伝達しているが、ミラーや光ファイバをどのようにフレキシブルシャフトに固定し、あるいは保持しているかは記載されていない。また、上記特許文献２にも、光偏向素子や光ファイバがどのように支持部材に固定されているかは記載されていない。しかし、実際には、ミラーをフレキシブルシャフトに固定するための部材や、光ファイバをフレキシブルシャフト内で保持する部材、光偏向素子や光ファイバを支持部材に固定するための部材が必要となる。

光走査を行うために、光走査プローブの先端の光学部材にフレキシブルシャフトの駆動力を伝達して、光学部材を回転させる構成としては、例えば、図５に示すものが考えられる。図５に示す光走査プローブ１００は、円筒状のシース１０２と、シース１０２の先端を塞ぐキャップ１０４と、シース１０２に挿入されたフレキシブルシャフト１０６と、フレキシブルシャフト１０６の先端部に固定された第１スリーブ１０８と、第１スリーブ１０８のフレキシブルシャフト１０６とは反対側の端部（先端側の端部）に固定された第２スリーブ１１０とを有している。

基端が処理装置内の光源に接続された光ファイバ１１２は、フレキシブルシャフト１０６を貫通し、先端が第１フェルール１１４に保持され、この第１フェルール１１４と、半球レンズ１１６を保持する第２フェルール１１８とが、突合せた状態で第２スリーブ１１０によって保持されることにより、光ファイバ１１２と半球レンズ１１６が接触して接続されている。

フレキシブルシャフト１０６の基端部は、継手１２０によって、ギア１２２が固定された回転軸に接続されており、ギア１２２がモータ１２６に接続されたギア１２４と噛み合っている。この構成により、モータ１２６の回転が、ギア１２４、ギア１２２、フレキシブルシャフト１０６、第１スリーブ１０８、第１スリーブ１０８に固定された第２スリーブ１１０の順に伝達されて、第２スリーブ１１０に保持された半球レンズ１１６が回転する。光ファイバ１１２は、第２スリーブ１１０の回転に伴って回転する。第１フェルール１１４の基端側端面と、光ファイバ１１２とは、接着剤１２８により補強されている。また、キャップ１０４とシース１０２の内周との間には、Ｏリング等のシール材１３０が設けられている。

図５の構成により、フレキシブルシャフト１０６と、第１スリーブ１０８と、第２スリーブ１１０とを一体的な構成とし、これらを同時に回転させることで、第２スリーブに保持された半球レンズ１１６を回転させて光走査することができる。しかし、図５の構成では、第１スリーブ１０８と第２スリーブ１１０とを強く固定する必要がある。そのため、第１スリーブ１０８の内径と第２スリーブ１１０の外径とを高い精度で加工して嵌め合わせ、さらに接着剤を用いて接着させたり、あるいは、第１スリーブ１０８の内周と第２スリーブ１１０の外周とにねじを切ったり、といった、手間の掛かる工程が必要となる。特に、第１スリーブ１０８および第２スリーブ１１０が金属製の場合には、接着剤のみでは十分な固定力が得られず、また融着もできないため、固定のための手間の掛かる工程が避けられない。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、光走査するための光学部材の安定した回転を確保しつつ、簡略化・簡便化した製造工程で得ることができ、コストダウンを図ることのできる光走査プローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被検体内に挿入されて測定対象を光走査する光走査プローブであって、
先端が封じられた長尺な外筒と、
前記外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された中空のシャフトと、
前記シャフトの先端に固定され、前記シャフトの回転に伴って回転するスリーブと、
前記シャフトを貫通し、前記スリーブに固定されて前記スリーブの回転に伴って回転するとともに、光源からの測定光および測定対象からの測定光の反射光を伝達する光ファイバと、
前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバと共に回転しながら、前記光ファイバにより伝達された測定光を測定対象に向けて走査し、かつ、測定対象からの測定光の反射光を受けて前記光ファイバへ送る光走査部材と、を有する光走査プローブを提供する。

ここで、前記スリーブは、その回転軸を中心とする穴が形成された支持部を有し、
前記光ファイバは、前記スリーブの前記支持部の前記穴に挿通された箇所で固定されるのが好ましい。また、固定は、接着剤を用いて行われるのが好ましい。

また、前記光走査部材は、前記光ファイバによって伝達された光を回転軸と直交する方向に反射させるとともに、測定対象へ集光する半球レンズを有するのが好ましい。

本発明によれば、光ファイバが、シャフトに固定されたスリーブに固定されて、シャフトの回転に伴って回転し、その回転駆動力を、光ファイバの先端に固定された光走査部材（半球レンズ）を含む光走査ユニットに伝達する構成としたことにより、シャフトに固定された第１スリーブと、光走査部材を保持する第２スリーブとの固定が不要となり、簡略・簡便な製造工程で光走査プローブを得ることができ、コストダウンすることができる。

本発明に係る光走査プローブを、添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の光走査プローブを用いる光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す光断層画像化装置１０は、光源ユニット１２と、光の分岐／合波部１４と、光走査プローブ１６と、光路長調整部１８と、干渉光検出部２０と、画像処理部２２と、画像出力部２４とを有している。光断層画像化装置１０の光走査プローブ１６以外の部分は、１または複数の処理装置に搭載されている。

光断層画像化装置１０において、分岐／合波部１４は、光源ユニット１２から発せられた光を、測定光と参照光に分岐し、測定光を光走査プローブ１６へ送るとともに、参照光を光路長調整部１８へ送る。
光走査プローブ１６は、その先端部分から測定対称Ｓに向けて測定光を走査し、測定対象Ｓからの測定光の反射光を受け取って、分岐／合波部１４へ送る。
光路長調整部１８は、測定対象Ｓの測定したい深度に応じて、測定光および測定対象Ｓからの反射光と光路長が同一になるように光路長を調整し、分岐／合波部１４で分岐された参照光を、調整した光路長に導いて、再び分岐／合波部１４へ送る。

分岐／合波部１４は、また、光走査プローブ１６から送られてきた測定対象Ｓからの反射光と、光路長調整部１８から送られてきた光路長が調整された参照光とを合波して干渉光を生成し、生成した干渉光を干渉光検出部２０へ送る。
干渉光検出部２０は、分岐／合波部１４から送られた干渉光を干渉信号として検出し、画像処理部２２は、その干渉信号を処理して光断層画像の画像データを生成し、画像出力部２４で光断層画像を可視的に、すなわちディスプレイへの表示や記録媒体への記録等により出力する。

図２は、光走査プローブ１６の構成を示す部分断面図である。図２において、紙面左側が被検体に挿入される先端側であり、紙面右側が装置本体に接続される基端側である。
光走査プローブ１６は、円筒状のシース（外筒）２６と、シース２６の先端を塞ぐキャップ２８と、シース２６に挿入された第１スリーブ３２と、シース２６を挿通し、その先端が第１スリーブ３２の基端側に固定されたフレキシブルシャフト３０と、基端側の外径が第１スリーブ３２の先端側の内径にすきま嵌めされた第２スリーブ３４と、光ファイバ３６と、光ファイバ３６を保持する第１フェルール３８と、光走査部材である半球レンズ４４と、半球レンズ４４を保持する第２フェルール４６とを有している。また、キャップ２８のシース２６に嵌合する部分とシース２６の内周との間には、Ｏリング等のシール材４８が設けられている。望ましい形態として、光ファイバ３６は被覆材で覆われている。

第１スリーブ３２は、中央部に、回転軸に直交する平面部分であって、その中心に光ファイバ３６の被覆材の外径よりもわずかに大きい穴が形成された支持部３２ａを有している。
光ファイバ３６は、フレキシブルシャフト３０の内部に配置されている。光ファイバ３６の基端は、分岐／合波部１４を介して光源１２に接続されている（図１参照。）。また、光ファイバ３６は、第１スリーブ３２の支持部３２ａの穴を挿通し、その穴の部分で、光ファイバ３６の被覆材（外皮）と第１スリーブ３２とが接着剤４０により固定されている。したがって、第１フェルール３８が回転することにより、光ファイバ３６も第１フェルール３８と共に回転する。

光ファイバ３６と第１スリーブ３２の支持部３２ａとの固定に用いる接着剤４０には、光ファイバ３６の被覆材の素材がポリアミド樹脂やシリコンゴムやＵＶ被覆等で、第１スリーブ３２の素材がＳＵＳ３０４等の金属の場合には、熱硬化性エポキシ接着剤等のエポキシ樹脂系接着剤を用いるのが望ましい。また、光ファイバ３６の被覆材の素材がＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で、第１スリーブ３２の素材がＳＵＳ３０４等の金属の場合には、テトラエッチ処理を施した後に、熱硬化性エポキシ接着剤等のエポキシ樹脂系接着剤を用いるのが望ましい。また、光ファイバ３６の被覆材と第１スリーブ３２とを機械的に、圧着などで固定してもよい。

光ファイバ３６の先端は、第１フェルール３８に保持されている。第１フェルール３８の基端側端面（図２において右側端面）において、光ファイバ３６と第１フェルール３８との接部は、接着剤４２により補強されている。なお、光ファイバ３６は、第１フェルール３８の手前までが、補強用の被覆材で覆われているのが望ましい。

第１フェルール３８と光ファイバ３６との補強の接着剤４２は、光ファイバ３６の被覆材の素材がポリアミド樹脂やシリコンゴムやＵＶ被覆等で、第１フェルール３８の素材がジルコニア等のセラミックの場合には、熱硬化性エポキシ接着剤等のエポキシ樹脂系接着剤を用いるのが望ましい。また、光ファイバ３６の被覆材の素材がＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂で、第１フェルール３８の素材がジルコニア等のセラミックの場合には、テトラエッチ処理を施した後に、熱硬化性エポキシ接着剤等のエポキシ樹脂系接着剤を用いるのが望ましい。

第２フェルール４６は、光走査部材である半球レンズ４４を保持している。第２スリーブ３４は、光ファイバ３６を保持する第１フェルール３８と、半球レンズ４４を保持する第２フェルール４６とを突合せた状態で保持することにより、光ファイバ３６と半球レンズ４４とを接触させて接続させる。

半球レンズ４４は、光ファイバ３６によって伝達された測定光を４５度の斜面で反射させ、湾曲面で集光させて、光ファイバ３６の光軸に直交する方向にある測定対象Ｓに向けて照射する。図２の状態では、右から入った測定光が、半球レンズ４４で反射され集光されて下方へ照射される。半球レンズ４４が軸回転することにより、半球レンズ４４から発された測定光が光走査プローブ１６の先端から周方向に回転しながら出射され、測定対象Ｓが走査される。また、半球レンズ４４は、測定対象Ｓからの測定光の反射光を受けて、光ファイバ３６へ送る。

フレキシブルシャフト３６の基端部は、継手５０によって、ギア５２が固定された回転軸に接続されており、ギア５２がモータ５６に接続されたギア５４と噛み合っている。モータ５６が回転すると、その回転駆動力は、ギア５４、ギア５２、フレキシブルシャフト３６、第１スリーブ３２の順に伝達される。第１スリーブ３２には、その支持部３２ａにおいて光ファイバ３６が固定されている。したがって、第１スリーブ３２の回転駆動力は、光ファイバ３６に伝達される。

光ファイバ３６は、先端が第１フェルール３８に保持されており、さらに、第１フェルール３８の基端側端面で接着剤４２により接着されているので、光ファイバ３６に伝達された回転駆動力によって、第１フェルール３８、第２フェルール４６、半球レンズ４４、および第２スリーブ３４の光走査ユニットが回転する。

ここで、第２スリーブ３４は、第１スリーブ３２にすきま嵌めされており、回転軸と直交する方向の動きが規制されている。第１スリーブ３２と第２スリーブ３４とは、ほぼ同じように回転する。

第１スリーブ３２および第２スリーブ３４は、シース２６の内部に配置されるものであり、直接生体に接触するものではないが、光走査プローブ１６が体内に挿入されるものであることを考慮して、生体適合性の材料とするのが好ましい。本実施形態においては第１スリーブ３２および第２スリーブ３４は、生体適合性のある金属であり、強度、汎用性の観点から、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６が好適に用いられる。第１スリーブ３２と第２スリーブ３４とは、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。

次に、光走査プローブ１６の製造工程を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、光走査プローブ１６の製造過程を示す模式的断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、第２フェルール４６に半球レンズ４４を固定したものと、第１フェルール３８に光ファイバ３６を固定したものとを、第２スリーブ３４に挿入し、第２スリーブ３４内で付き合わせた状態で固定する。第１フェルール３８は、光ファイバ３６のみを保持し、その被覆材は、その先端側（図３（ａ）の左側）端面が第１フェルール３８の基端側（図３（ａ）の右側）端面と、接着剤４２で接着され、接続部が補強される。

次に、図３（ｂ）に示すように、フレキシブルシャフト３０の先端側端部が固定された第１スリーブ３２の先端側（図３（ｂ）の左側）から、図３（ａ）で組み立てた第２スリーブ３４のユニットを挿入する。すなわち、第１スリーブ３２の支持部３２ａの中央に開けられた穴に光ファイバ３６の基端（図３（ｂ）の右側端部）を通し、そのままフレキシブルシャフト３０の内部を通していく。第２スリーブ３４が第１スリーブ３２に嵌め込まれる前に、光ファイバ３６ｂの被覆材の、支持部３２ａに嵌入する部分に、接着剤４０を塗布する。

その後、図３（ｃ）に示すように、第２スリーブ３４を第１スリーブ３２に嵌め込む。第１スリーブ３２と第２スリーブ３４の軸方向の嵌め込み位置は、それほど厳密な精度は要求されない。例えば、第１スリーブ３２の内周面と第２スリーブ３４の外周面の少なくとも一方に段差を設け、他方の端面と突き当たるようにして決めればよい。接着剤４０が塗布された光ファイバ３６が第１スリーブ３２の支持部３２ａの穴に挿入されるときに、接着剤４０も支持部３２ａに引き込まれ、光ファイバ３６の被覆材と支持部３２ａとの接触部分に接着剤４０が満たされて、接着光ファイバ３６と支持部３２ａとが接着され固定される。

このように、光走査プローブ１６は、第２スリーブ３４のユニット（第２スリーブ３４、半球レンズ４４、第２フェルール４６、第１フェルール３８、光ファイバ３６）と第１スリーブ３２のユニット（第１スリーブ３２、フレキシブルシャフト３０）とのアセンブリ工程、すなわち、図３（ｂ）および（ｃ）に示す工程を、簡易な固定治具で行うことができ、工程を簡易化することができる。

上記のように、光走査プローブ１６は、光ファイバ３６と光学部材である半球レンズ４４を含む光走査ユニットが固定されて、光ファイバ３６によって回転駆動力を半球レンズ４４に伝達し、また、半球レンズ４４を保持する第２スリーブ３４を第１スリーブ３２にすきま嵌めして回転軸に直交する方向の動きを規制しているので、半球レンズ４４を安定して回転させることができる。それとともに、光走査プローブ１６の製造工程が、簡略かつ簡便であることにより、コストダウンを図ることができる。

さらに、光走査プローブ１６において、図４に示すように、第１スリーブ３２の先端側にキー溝５８を形成し、第２スリーブ３４の第１スリーブ３２に嵌入れされる部分にキー６０を設けて、第２スリーブ３４の回転方向の動きを規制するのも好ましい。これにより、高速度回転にも対応でき、また、回転速度ムラが生じる場合にもそれを抑制することができる。また、上述の図２および図３の構成の光走査プローブ１６は、十分な回転伝達力を有するが、キー６０およびキー溝５８を設けることにより、さらに、高負荷および高追従性を達成できる。キー６０およびキー溝５８を設けることにより、部品コストがわずかに上がり、その取り付け工程が必要とはなるものの、光走査プローブ１６の組立性は、図２および図３に示すものとほとんど変わらない。

以上、本発明の光走査プローブについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

本発明の光走査プローブを用いる光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の光走査プローブの構成を示す部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、光走査プローブの製造過程を示す模式的断面図である。 光走査プローブの変形例を説明する部品図である。 比較例としての光走査プローブの構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 光断層画像化装置
１２ 光源ユニット
１４ 分岐／合波部
１６、１００ 光走査プローブ
１８ 光路長調整部
２０ 干渉光検出部
２２ 画像処理部
２４ 画像出力部
２６、１０２ シース
２８、１０４ キャップ
３０、１０６ フレキシブルシャフト
３２、１０８ 第１スリーブ
３４、１１０ 第２スリーブ
３６、１１２ 光ファイバ
３８、１１４ 第１フェルール
４０、４２、１２８ 接着剤
４４、１１６ 半球レンズ
４６、１１８ 第２フェルール
４８、１３０ シール材
５０、１２０ 継手
５２、５４、１２２、１２４ ギア
５６、１２６ モータ
５８ キー溝
６０ キー

Claims (3)

1. 被検体内に挿入されて測定対象を光走査する光走査プローブであって、
   先端が封じられた長尺な外筒と、
   前記外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された中空のシャフトと、
   前記シャフトの先端に固定され、前記シャフトの回転に伴って回転するスリーブと、
   前記シャフトを貫通し、前記スリーブに固定されて前記スリーブの回転に伴って回転するとともに、光源からの測定光および測定対象からの測定光の反射光を伝達する光ファイバと、
   前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバと共に回転しながら、前記光ファイバにより伝達された測定光を測定対象に向けて走査し、かつ、測定対象からの測定光の反射光を受けて前記光ファイバへ送る光走査部材と、を有する光走査プローブ。
2. 前記スリーブは、その回転軸を中心とする穴が形成された支持部を有し、
   前記光ファイバは、前記スリーブの前記支持部の前記穴に挿通された箇所で固定される請求項１に記載の光走査プローブ。
3. 前記光走査部材は、前記光ファイバによって伝達された光を回転軸と直交する方向に反射させるとともに、測定対象へ集光する半球レンズを有する請求項１または２に記載の光走査プローブ。

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