JP2010227159A - 光ファイバープローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバーを回転駆動することなくシースの先端に設置されるミラーのみを回転駆動して機構の簡素化を図る。
【解決手段】光ファイバー１２が挿通されたシース１１の先端部に、光ファイバー１２による導光を側方に反射するミラー１７を保持した回転体２１を回転自在に設置し、この回転体２１に固着された羽根車２２に流体を噴出する流体供給チューブ２５をシース内に備え、上記回転体２１を回転駆動する。また、流体供給チューブ２５を羽根車２２に対して対称位置に複数個設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被観察体に低可干渉光を照射し、被観察体において散乱反射した測定光の情報から被観察体の断層像を構築するためのＯＣＴ画像装置用、または被観察体に照明光を照射し撮像するためなどの内視鏡用の光プローブ装置に関する。

例えば、低可干渉光（低コヒーレンス光）を用いたＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）画像装置は、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、被観察組織の光断層画像を取得することができ、医療用や工業用に応用されつつある。

このＯＣＴ画像装置は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などから成る光源から出射された低可干渉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、測定光を被観察組織に入射させて該被観察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、被観察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、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、測定光による被観察体のラジアル走査を行うために、測定光を側方に出射するミラープリズムと、該ミラープリズムに測定光を導光する光ファイバーを回転させることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−７９００７号公報

特許文献１の光プローブ装置は、外側のチューブ状シースの内側に、先端にミラープリズムを備えた光ファイバーが挿入された回転シャフトを設置し、この回転シャフトを基部に設置した駆動機構によって回転駆動するように構成されている。

しかしながら、上記特許文献１の光プローブ装置では、このプローブが被観察体内に屈曲した状態で挿入された際には、その内部の長い回転シャフトを滑らかに回転駆動させることが困難で、回転シャフトつまり光ファイバーに捻れが発生する問題があった。また、上記回転シャフトの全体をモータ等の駆動装置によって離れた位置から回転駆動させるための機構が複雑で高価であり、さらなる小型化が要求されている。

一方、上記回転シャフトを回転駆動するのは、前記ＯＣＴ画像装置による低可干渉光の照射に伴う観察範囲は狭く、測定光を走査して広い範囲を観察するために行うものである。そのため、光ファイバーについてまで回転させる必要はなく、先端のミラープリズムが回転すれば、光ファイバーから出射された測定光を被観察体に走査させることができるものであるが、細いシースの先端に設置されるミラープリズムを回転駆動するために、このシース内に小型モータを設置することは実現不可能である。

本発明は上記点に鑑みなされたもので、光ファイバーを回転駆動することなくシースの先端に設置されるミラーのみを回転駆動するようにした光ファイバープローブ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光ファイバープローブ装置は、シース内に挿通された光ファイバーの先端部に配設され、該光ファイバーによる導光を側方に反射するミラーを備えた光ファイバープローブ装置において、
前記シースの先端部に回転自在に配設され、前記ミラーを前記光ファイバーの先端に対向する位置に保持した回転体と、
前記回転体に固着された羽根車と、
前記シース内に設置され、前記羽根車に流体を噴出して前記回転体を回転駆動する流体供給チューブとを備えてなることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバープローブ装置においては、前記流体供給チューブは、前記羽根車に対して対称位置に複数配設するように構成するのが好適である。

また、前記シースの先端部は密閉され、前記流体供給チューブから前記羽根車に向けて噴出された流体をシースの外部に排出する流体排出チューブをさらに備えるように構成するのが好適である。

その際、前記流体排出チューブの先端開口部は、前記流体供給チューブの先端開口部より前記羽根車から離れた位置に設置されているように構成するのが好適である。

また、前記羽根車は、羽根を保持したハブ部に、羽根を通過した流体を供給側に戻す流体戻し通路が形成されていることが好ましい。

また、前記光ファイバーはチューブ状の可撓性保持部材の内部に挿通され、該保持部材の先端部外周に前記回転体が回転自在に配置されていることが好ましい。

なお、前記回転体を回転駆動する流体としては、各種の気体、液体および粘性を有する流動体等が使用可能であり、回転体の形態、重量等に応じて選択適用される。

本発明に係る光ファイバープローブ装置によれば、光ファイバーが挿通されたシースの先端部に、光ファイバーによる導光を側方に反射するミラーを保持した回転体を回転自在に設置し、この回転体に固着された羽根車に流体を噴出する流体供給チューブをシース内に備え、上記回転体を回転駆動することにより、先端部の回転体に設置されたミラーが回転することによって出射光の走査を行うことができ、光ファイバーの回転駆動を不要としたことにより、駆動機構の簡素化、小型化が図れるとともに、途中の光ファイバーを大きく屈曲させることが可能となり、例えば、被観察体への挿入経路の自在性が拡大できる。

また、上記流体供給チューブを、羽根車に対して対称位置に複数配設したものでは、羽根車の対称位置に駆動力が発生して回転体の滑らかな回転駆動を得ることができる。

また、上記シースの先端部を密閉し、流体供給チューブから羽根車に向けて噴出した流体をシースの外部に排出する流体排出チューブをさらに備えたものでは、流体の循環経路を確保して回転体の安定した連続回転を実現することができる。

一実施形態に係る光ファイバープローブ装置の先端部の縦断面図である。 図１の２−２断面の端面図である。

以下、本発明に係る光ファイバープローブ装置の実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１には光ファイバープローブ装置１０の先端部を示し、外周の保護管を構成するシース１１の中心部分には光ファイバー１２が挿通され、全体として可撓性を有して屈曲可能に構成されている。

上記光ファイバー１２は、中心部のコア１２ａ、その外周のクラッド１２ｂ、さらに外周の被覆１２ｃとで構成され、この光ファイバー１２が、可撓性を有する筒状の保持部材１３の内部に挿通保持されている。

上記光ファイバー１２の先端部には、コリメータレンズ１５、対物レンズ１６が固着され、さらに前方には光軸に対して斜め４５度に配置されたミラー１７が設置されている。当該ミラー１７は、本例においては、断面矩形のミラープリズムによって構成され、該ミラー１７は後述の回転体２１に保持されている。

上記ミラー１７によって、光ファイバー１２からコリメータレンズ１５、対物レンズ１６を経た光源からの光を、光ファイバー１２の光軸と直交する側方に反射して、不図示の被観察体に照射する。被観察体からの反射光をミラー１７によって上記と逆方向に反射し、光ファイバー１２に戻すように光学系が構成されている。

上記回転体２１は、プローブ装置１０の先端部において回転自在に配置されてなるものであり、具体的には、前記光ファイバー１２の光軸を中心として回転自在であり、基部２１ａが前記光ファイバー１２の保持部材１３の先端部分の外周に回転自在に保持され、この基部２１ａから光軸方向に先端に向けて延び、先端の端面部２１ｂが光軸と直交する方向に形成されている。そして、上記端面部２１ｂの光軸中心部分に前記ミラー１７が保持されてなる。

また、上記基部２１ａを保持部材１３に対して回転自在に支持する構造としては、詳細は図示してないが、空気軸受、小型ベアリングなどの軸受機構が介装されて、小さな回転抵抗で回転可能なように保持している。

さらに、前記回転体２１には羽根車２２が取り付けられている。この羽根車２２は、中心部のハブ部２２ａと、該ハブ部２２ａの外周に設置された羽根２２ｂとを備え、上記ハブ部２２ａが前記光ファイバー１２の保持部材１３の外周に、前記回転体２１と一体に回転するように設置されている。また、上記ハブ部２２ａには流体戻り通路２３が形成されている。該流体戻り通路２３は、流入側の一端が羽根２２ｂより下流側（先端側）のハブ部２２ａの外周面に開口し、流出側の他端が上流側のハブ部２２ａの端面に開口している。

上記羽根車２２の羽根２２ｂに対し、流体供給チューブ２５が設置されている。この流体供給チューブ２５は、図２にも示すように、図の上下に１対、光ファイバー１２が延びる方向に沿ってシース１１内に設置され、先端開口部２５ａが上記羽根車２２の羽根２２ｂに対向する位置に開口している。この流体供給チューブ２５には、加圧エアなどの流体が送給され、その噴出流体が羽根２２ｂに当たって回転力を発生させ、前記回転体２１、つまりミラー１７（ミラープリズム）を回転駆動するように構成されている。

上記流体供給チューブ２５による羽根車２２に対する流体噴出位置の数は、羽根車２２の回転が滑らかに行われるように、複数でかつ円周上の対称位置に設置されている。

また、図２に示すように、図で光ファイバー１２の左右両側には、前記流体戻り通路２３からの排出流体をシース１１の外部に排出する流体排出チューブ２６が設置されている。この流体排出チューブ２６は、前記流体供給チューブ２５による流体の噴出に伴い、シース１１の先端部の内圧が上昇することから、流体を吸引排出しなくても流体の排出を行うことができるが、積極的に吸引排出するように構成することが供給流体の圧力低減化の点で、また羽根車２２で発生する回転体２１の回転駆動力を高める点で好ましい。

上記流体排出チューブ２６の先端開口部は、図示してないが、前記流体供給チューブ２５の先端開口部２５ａより後退した位置（羽根車２２から離れた位置）に、両者間に段差を有して設置され、この流体排出チューブ２６による流体の排出効率を高めている。

一方、前記シース１１の先端部には封止部材２８が装着されて、先端が密閉されている。該封止部材２８の内面には、前記回転体２１の端面部２１ｂの先端面に当接するボールによる軸受部２９が構成されている。この軸受部２９は、噴出流体が羽根車２２に吹き付けられることにより回転体２１に発生する軸方向のスラスト力を受け、軸方向への移動を規制するものである。

このスラスト力を受ける機構としては、上記のほか、例えば保持部材１３の先端外周に突起を設置して、回転体２１の先端方向への軸方向移動を規制するように設けてもよく、さらに、上記ボールによる軸受部２９に代えて、回転中心部に突出する突起による軸受部で構成してもよい。

なお、前記回転体２１およびシース１１において、測定光が透過する部分は、透明材料（例えば、ポリカーボネイト）で構成される。この測定光透過部分を構成する材料は、測定光の波長に対して透明性を有するものを選択することが肝要である。

また、前記羽根車２２は、図示のようなプロペラ型のファンのほか、シロッコ型ファンで構成してもよく、その場合にはファンの内周部分に流体を噴出供給し、外周部分より排出するように、またはその逆に、ファンの外周部分に流体を噴出供給し、内周部分より排出するように構成するものである。

また、図１に示す実施形態では、前記シース１１の先端部は、封止部材２８によって密閉されているが、この封止部材２８には、上記回転体２１を回転駆動するために供給した流体の放出口を設けるようにしてもよい。その際、前記流体排出チューブ２６の設置は不要となる。

また、図１に示す実施形態では、前記回転体２１は前記保持部材１３の先端外周に回転自在に保持されているが、前記回転体２１は外周のシース１１の内面に対して回転自在に保持するように設置してもよい。

また、図１の構造においては、羽根２２ｂを通過した流体は回転体２１の外周に流入するようになっているが、その流入を阻害するように遮蔽部材を設置して、流体戻り通路２３への流体の環流を促進するようにしてもよい。

また、図２には明示してないが、前記シース１１の内部に配設する光ファイバー１２（保持部材１３）、流体供給チューブ２５、流体排出チューブ２６は、それらのシース１１内における設置位置が円環状または筒状のスペーサによって保持されている。また、シース１１内の空間は、可撓性を有する充填材で満たされていてもよい。

以下、本発明の実施の形態に係るプローブ装置１０を備えたＯＣＴ画像装置の作用を簡単に説明する。

例えば、医療機器として患者の体腔内を観察する際には、内視鏡の鉗子口に本発明の光ファイバープローブ装置１０を挿通し、この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。

光源から出射された低可干渉光は、干渉計内で参照光と測定光とに分割され、参照光は光路上に設けられたピエゾ素子などにより周波数変調され、測定光との間に僅かな周波数差を生じさせる。変調された後の参照光は、光路遅延部を経て干渉計に帰還される。

上記測定光は、本発明の光ファイバープローブ装置１０の光ファイバー１２に入射され、この光ファイバー１２の先端からコリメータレンズ１５、対物レンズ１６およびミラー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のうち被観察体の所定の深度で反射された反射光は、ミラー１７により受光されて光ファイバー１２側に反射され、対物レンズ１６、コリメータレンズ１５を経て入射された光ファイバー１２を介して干渉計に帰還される。干渉計内において、反射光は参照光と合波されて干渉光となる。

つまり、参照光および反射光は、可干渉距離の短い低可干渉光であるため、測定光と参照光に分割された後、合波されるまでの測定光（反射光）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に応じて発生する信号（以下、ビート信号と称する）が得られることになる。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てヘテロダイン検出を行うことで、被観察体の所定深度より反射された反射光の強度よりなる断層情報に基づき信号処理部においてＯＣＴ画像を高解像かつ効率よく生成することが可能となる。

さらに、本発明の光ファイバープローブ装置１０に対しその流体供給チューブ２５に加圧流体を送給し、羽根車２２の回転駆動に伴ってミラー１７を回転させることにより測定光の照射方向を移動させ、被観察体周囲の光ファイバー１２の軸方向を軸としたラジアル走査を行う。なお、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。

上記ＯＣＴ画像装置は、本発明のプローブ装置１０を備えたことにより、その屈曲時においてもシース１１の先端内部で回転体２１が確実に回転駆動するため、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観察が行え、回転構造および駆動機構の簡素化を図ることができる。

上記本発明プローブ装置１０の構成は、ＯＣＴ画像装置に適用できるのみならず、他の内視鏡の先端部構造として、その先端に設置したミラー１７を回転駆動する回転光学機構を採用するものについても適用可能である。また、回転体２１の回転支持構造については、前述の空気軸受、小型ベアリングのほか、回転体２１を軽量、低摩擦係数の部材で構成することにより、羽根車２２に発生する回転駆動力によって確実に回転作動する構造に構成してもよい。

１０ 光ファイバープローブ装置
１１ シース
１２ 光ファイバー
１３ 保持部材
１５ コリメータレンズ
１６ 対物レンズ
１７ ミラー
２１ 回転体
２１ａ 基部
２１ｂ 端面部
２２ 羽根車
２２ａ ハブ部
２２ｂ 羽根
２３ 流体戻り通路
２５ 流体供給チューブ
２５ａ 先端開口部
２６ 流体排出チューブ
２８ 封止部材
２９ 軸受部

Claims (6)

1. シース内に挿通された光ファイバーの先端部に配設され、該光ファイバーによる導光を側方に反射するミラーを備えた光ファイバープローブ装置において、
   前記シースの先端部に回転自在に配設され、前記ミラーを前記光ファイバーの先端に対向する位置に保持した回転体と、
   前記回転体に固着された羽根車と、
   前記シース内に設置され、前記羽根車に流体を噴出して前記回転体を回転駆動する流体供給チューブとを備えてなることを特徴とする光ファイバープローブ装置。
2. 前記流体供給チューブは、前記羽根車に対して対称位置に複数配設されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバープローブ装置。
3. 前記シースの先端部は密閉され、前記流体供給チューブから前記羽根車に向けて噴出された流体をシースの外部に排出する流体排出チューブをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバープローブ装置。
4. 前記流体排出チューブの先端開口部は、前記流体供給チューブの先端開口部より前記羽根車から離れた位置に設置されていることを特徴とする請求項３記載の光ファイバープローブ装置。
5. 前記羽根車は、羽根を保持したハブ部に、羽根を通過した流体を供給側に戻す流体戻し通路が形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光ファイバープローブ装置。
6. 前記光ファイバーはチューブ状の可撓性保持部材の内部に挿通され、該保持部材の先端部外周に前記回転体が回転自在に配設されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光ファイバープローブ装置。
   

Images