JP2012200358A - モータ駆動装置及び光画像診断装置 - Google Patents

モータ駆動装置及び光画像診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 コリメータレンズを高精度に調整できるようにする。
【解決手段】 モータ駆動装置であって、送受信部を回転させる回転部と、反射光を制御装置に対して送信する固定部と、該回転部と該固定部との間において光信号の伝送を行う伝送部420とを備え、伝送部420は、コリメータレンズ511が内部において保持される円筒形状のレンズ保持部材512と、レンズ保持部材512の端面が固定される第1の固定面514と、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面に固定される第2の固定面515と、を有する保持部材固定材513と、を備え、第1の固定面514は、球面形状に形成されており、第2の固定面515は、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図5

Description

本発明は、モータ駆動装置及び光画像診断装置に関するものである。
従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルまたはステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために、光干渉断層画像診断装置(OCT)や(例えば、特許文献1参照)、その改良型である、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置(OFDI)が利用されている(以下、本明細書において、光干渉断層画像診断装置(OCT)と、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置(OFDI)とを総称して、「光画像診断装置」と呼ぶこととする)。
光画像診断装置では、光ファイバの先端に光学レンズおよび光学ミラー(送受信部)が取り付けられたイメージングコアを内挿した光プローブ部を、血管内に挿入し、イメージングコアを回転させながら先端の送受信部から血管内に測定光を出射するとともに、生体組織からの反射光を受光することで血管内におけるラジアル走査を行う。そして、該受光した反射光と参照光とを干渉させることにより干渉光を生成し、生成した干渉光に基づいて、血管の断面画像を描出する。
ここで、イメージングコアのラジアル走査には、一般にスキャナ/プルバック部と呼ばれるモータ駆動装置が利用される。スキャナ/プルバック部は、スキャナ部とプルバック部とから構成され、スキャナ部には、更に、光プローブ部が着脱可能に取り付けられ、かつ、取り付けられた光プローブ部に内挿されているイメージングコアを回転させるための回転部と、回転するイメージングコアとの間で測定光の送信と反射光の受信とを繰り返す固定部とが備えられている。
そして、回転部と固定部との間における測定光及び反射光の送受信は、通常、回転部及び固定部それぞれに設けられたコリメータレンズを介して行われる。具体的には、固定部に設けられたコリメータレンズより出射した測定光は、回転部に設けられたコリメータレンズにおいて受光され、回転部に設けられたコリメータレンズより出射した反射光は、固定部に設けられたコリメータレンズにおいて受光される。
このため、光画像診断装置が高画質な断面画像を描出するためには、両コリメータレンズ間において測定光及び反射光(これらをまとめて光信号と称す)の損失を極力抑えることが重要であり、そのためには、両コリメータレンズの光軸を高精度に(光軸中心公差、光軸角度公差が所定範囲内となるように)調整することが不可欠となってくる。
特開2005−196080号公報
しかしながら、従来のスキャナ/プルバック部の場合、コリメータレンズは、これを固定するための中空の筒状部材に対して、接着剤を用いて固定されていた。このため、接着剤の硬化前において調整されたコリメータレンズの光軸が、接着剤の硬化収縮に伴って、ずれてしまうことがあった。更に、従来のスキャナ/プルバック部では、このようにしてコリメータレンズが一旦筒状部材に固定された後では、光軸中心及び光軸角度をあらためて微調整することは困難であった。
このようなことから、光画像診断装置においては、回転部及び固定部のコリメータレンズ間の光軸を高精度に調整可能なスキャナ/プルバック部(モータ駆動装置)の提供が求められている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光画像診断装置のモータ駆動装置において、コリメータレンズを高精度に調整可能な構成とすることで、光信号の損失を低減させることを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明に係るモータ駆動装置は以下のような構成を備える。即ち、
光の送受信を連続的に行う送受信部を有する光プローブ部が取り付けられ、前記送受信部を回転させながら測定光を出射し、生体管腔を軸方向に移動させながら、該送受信部が受信した生体組織からの反射光を該送受信部より取得するとともに、該反射光を用いて生体組織の軸方向において断面画像を複数生成可能な制御装置に対して、該反射光を送信するモータ駆動装置であって、
前記送受信部を回転させる回転部と、前記反射光を信号線を介して前記制御装置に送信する固定部との間において、光信号の伝送を行う伝送部を備え、
前記伝送部は、少なくとも、
前記光信号を出射する、または前記光信号を受光するコリメータレンズが内部において保持される円筒形状のレンズ保持部材と、
前記レンズ保持部材の端面が固定される第1の固定面と、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面に固定される第2の固定面と、を有する保持部材固定部材と、を備え、
前記第1の固定面は、球面形状に形成されており、
前記第2の固定面は、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、光画像診断装置のモータ駆動装置において、コリメータレンズを高精度に調整できる構成とすることで、光信号の損失を低減させることが可能となる。
本発明の一実施形態にかかる光画像診断装置の外観構成を示す図である。 光プローブ部の外観構成を示す図である。 スキャナ/プルバック部の外観構成を示す図である。 スキャナ部の断面構成を示す図である。 光伝送部の断面構成を示す概略図である。 コリメータレンズの光軸を調整する手順を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態の詳細について説明する。
[第1の実施形態]
1.光画像診断装置の外観構成
図1は本発明の一実施形態にかかる光画像診断装置(光干渉断層画像診断装置(OCT)または波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置(OFDI))100の外観構成を示す図である。
図1に示すように、光画像診断装置100は、光プローブ部101と、スキャナ/プルバック部102と、操作制御装置103とを備え、スキャナ/プルバック部102と操作制御装置103とは、信号線104により接続されている。
光プローブ部101は、直接生体組織(血管等)の生体管腔に挿入され、伝送された測定光を連続的に生体組織に送信するとともに、生体組織からの反射光を連続的に受信する送受信部を備えるイメージングコアを内挿しており、該イメージングコアを用いることで生体組織の状態を測定する。
スキャナ/プルバック部(モータ駆動装置)102は、光プローブ部101が着脱可能に取り付けられるよう構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部101に内挿されたイメージングコアのラジアル動作(生体管腔の軸方向の動作及び回転方向の動作)を実現している。また、送受信部が受信した反射光を取得するとともに、信号線104を介して該取得した反射光を操作制御装置103に送信する。
操作制御装置103は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、生体組織の断面画像として表示するための機能を備える。
操作制御装置103において、111は本体制御部であり、測定により得られた反射光と、測定光を分離することで得られた参照光と、を干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、断面画像を生体管腔の軸方向に複数生成する。111−1はプリンタ/DVDレコーダであり、本体制御部111における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。
112は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル112を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。113は表示装置としてのLCDモニタであり、本体制御部111において生成された生体組織の複数の断面画像を表示する。
2.光プローブ部の全体構成
次に、光プローブ部101の全体構成について図2を用いて説明する。図2に示すように、光プローブ部101は、血管等の生体管腔に挿入される長尺のカテーテルシース201と、ユーザが操作するために血管内に挿入されず、ユーザの手元側に配置されるコネクタ部202とにより構成される。カテーテルシース201の先端には、ガイドワイヤルーメンを構成するチューブ203が設けられており、カテーテルシース201には、チューブ203との接続部分からコネクタ部202との接続部分にかけて連続する管腔が形成されている。
カテーテルシース201の管腔内部には、測定光を送受信する送受信部221と、光ファイバケーブルを内部に備え、それを回転させるための駆動力を伝達するコイル状の駆動シャフト222とを備えるイメージングコア220が、カテーテルシース201及びコネクタ部202のほぼ全長にわたって挿通されている。
コネクタ部202は、カテーテルシース201の基端に一体化して構成されたシースコネクタ202aと、駆動シャフト222の基端に駆動シャフト222を回転可能に支持する駆動シャフトコネクタ202bとを備える。
シースコネクタ202aとカテーテルシース201との境界部には、耐キンクプロテクタ211が設けられており、これにより所定の剛性が保たれ、急激な物性の変化による折れ曲がり(キンク)を防止している。
また、駆動シャフトコネクタ202bの基端には、スキャナ/プルバック部102に着脱可能に取り付けるための機構が配されている。
3.スキャナ/プルバック部の外観構成
次に、スキャナ/プルバック部102の外観構成について図3を用いて説明する。図3に示すように、スキャナ/プルバック部102は、光プローブ部101の駆動シャフトコネクタ202bが取付位置311に着脱可能に取り付けられ、光プローブ部101に内挿されたイメージングコア220を回転させるためのスキャナ部310と、光プローブ部101の駆動シャフトコネクタ202bが取り付けられたスキャナ部310を軸方向(矢印331方向)に直進動作させることで、光プローブ部101に内挿されたイメージングコア220を生体管腔の軸方向に直進動作させるプルバック部320とを備える。
スキャナ部310には、イメージングコア220を回転させるための回転動作用モータが内蔵されており、最大で9600rpmの回転速度を実現する。なお、スキャナ部310の回転部と固定部との間には、光信号の伝送を行うための伝送部が設けられており、回転部側のコリメータレンズと固定部側のコリメータレンズとの間で、光信号の出射・受光が行われる構成となっている。
一方、プルバック部320には、イメージングコア220を生体管腔の軸方向に直進動作させるための直進動作用モータが内蔵されている。なお、プルバック部320の側面(紙面手前側)には、スキャナ/プルバック部102の回転動作及び直進動作を指示するための指示ボタン321が配列されており、これにより、ユーザは、スキャナ/プルバック部102に対して所望の動作を指示することができる。
4.スキャナ部の断面構成
次に、スキャナ部310の断面構成について図4を用いて説明する。図4は、スキャナ部310の断面構成を示す図である。図4に示すように、スキャナ部310は、光プローブ部101の駆動シャフトコネクタ202bが着脱可能に取り付けられ、かつ駆動シャフトコネクタ202bに内挿されたイメージングコア220を回転させるための回転部410と、該回転部410を回転可能に支持するとともに信号線104を介して操作制御装置103に接続される固定部430と、回転部410と固定部430との間において光信号の伝送を行う伝送部420とに大別される。
固定部430は、更に、取付位置311側に光プローブ部101の駆動シャフトコネクタ202bを取り付けるための取付機構431を備える。一方、固定部430は、取付位置311側に駆動シャフトコネクタ202b内に配された光コネクタ(不図示)と結合される光アダプタ412を備える。これにより、光プローブ部101の駆動シャフトコネクタ202bが、スキャナ部310の取付機構431に取り付けられた際に、光コネクタと光アダプタ412とが結合されることとなり、イメージングコア220とスキャナ部310との光接続が実現される。
回転部410において光アダプタ412は、不図示のベアリングを介してスキャナ部310の固定部430によって回転可能に支持されている。また、光アダプタ412から伝送部420までの間には、光信号を送信するための光ファイバが内挿された光ファイバ内挿部413が配されており、不図示の駆動機構(回転動作用モータ等を含む)により、回転駆動されるよう構成されている。このような構成により、不図示の駆動機構より受けた回転駆動力は、光ファイバ内挿部413を介して、光アダプタ412へと伝達され、イメージングコア220を回転させることが可能となる。
光ファイバ内挿部413の光アダプタ412と反対側の端部には、伝送部420が設けられている。伝送部420は、光ファイバ内挿部413の光アダプタ412と反対側の端部に固定された回転側伝送部421と、該回転側伝送部421と物理的に分離され、固定部430側に固定された固定側伝送部422とから構成されている。なお、伝送部420の詳細構成は後述する。
固定部430において、取付位置311の反対側には、固定側伝送部422により伝送される光信号や不図示の駆動機構を動作させるための制御信号を、操作制御装置103との間で送受信するための信号線104が接続されている。
5.伝送部の断面構成
次に、伝送部420の断面構成について説明する。図5は、光ファイバ内挿部413の端部及び伝送部420の断面構成を模式的に示した図である。
図5に示すように、回転側伝送部421は、光ファイバ内挿部413に内挿された光ファイバ501により伝送された光信号を固定側伝送部422に対して出射するコリメータレンズ511と、該コリメータレンズ511を中空の内部において保持する円筒形状のレンズ保持部材512とを備える。
更に、レンズ保持部材512を固定する保持部材固定部材513を備える。保持部材固定部材513は、レンズ保持部材512を固定するための面である第1の固定面514と、保持部材固定部材513を固定するベース部材516と接触する面である第2の固定面515とを備える。
ここで、第1の固定面514は、球面形状により形成されている。このため、レンズ保持部材512の端面を第1の固定面514に沿って摺動させることにより、レンズ保持部材512が保持するコリメータレンズ511の光軸角度を微調整することができる。
一方、第2の固定面515は、コリメータレンズ511の光軸に対して略直交する面を有しており、同じくコリメータレンズ511の光軸に対して略直交する面を有するベース部材516の端面上を摺動させることにより、レンズ保持部材512が保持するコリメータレンズ511の光軸中心を微調整することができる。
このような構成を有することにより、コリメータレンズ511が、許容範囲を超える光軸中心公差または光軸角度公差でレンズ保持部材512に保持されていた場合であっても、レンズ保持部材512を保持部材固定部材513に固定する際の固定位置を微調整することで、光軸角度公差を許容範囲内に収めることができる。また、レンズ保持部材512が固定された保持部材固定部材513をベース部材516に固定する際の固定位置を微調整することで、光軸中心公差を許容範囲内に収めることができる。
一方、固定側伝送部422は、操作制御装置103より送信された光信号を回転側伝送部421に対して出射するコリメータレンズ521と、該コリメータレンズ521を中空の内部において保持する円筒形状のレンズ保持部材522とを備える。
更に、レンズ保持部材522を固定する保持部材固定部材523を備える。保持部材固定部材523は、レンズ保持部材522を固定するための面である第1の固定面524と、保持部材固定部材523を固定する固定部ハウジング526の端面と接触する面である第2の固定面525とを備える。なお、固定部ハウジング526の端面は、レンズ保持部材512とレンズ保持部材522との間に配されており、その中央位置にはコリメータレンズ511とコリメータレンズ521との間で伝送される光信号を遮光しないための開口部527が設けられている。
ここで、第1の固定面524は、球面形状により形成されている。このため、レンズ保持部材522の端面を第1の固定面524に沿って摺動させることにより、レンズ保持部材522が保持するコリメータレンズ521の光軸角度を微調整することができる。
一方、第2の固定面525は、コリメータレンズ521の光軸に対して略直交する面を有しており、同じくコリメータレンズ521の光軸に対して略直交する面を有する固定部ハウジング526の端面上を摺動させることにより、レンズ保持部材522が保持するコリメータレンズ521の光軸中心を微調整することができる。
このような構成を有することにより、コリメータレンズ521が、許容範囲を超える光軸中心公差または光軸角度公差でレンズ保持部材522に保持されていた場合であっても、レンズ保持部材522を保持部材固定部材523に固定する際の固定位置を微調整することで、光軸角度公差を許容範囲内に収めることができる。また、レンズ保持部材522が固定された保持部材固定部材523を固定部ハウジング526の端面に固定する際の固定位置を微調整することで、光軸中心公差を許容範囲内に収めることができる。
6.コリメータレンズの光軸を微調整する手順
次に、コリメータレンズの光軸を微調整する手順について図6を用いて説明する。図6は、コリメータレンズの光軸を微調整するための具体的な手順を示した図であり、回転側伝送部421における手順を示した図である(なお、固定側伝送部422における手順も基本的には同じであるため、ここでは、回転側伝送部421における手順について説明する)。
図6に示すように、光ファイバ内挿部413の端面に固定されたベース部材516に対して、保持部材固定部材513を配し、更に保持部材固定部材513の第1の固定面514にレンズ保持部材512を配する((A)参照)。
次に、レンズ保持部材512を第1の固定面514に沿って摺動させることで、光軸角度を調整する((B)参照)。なお、光軸角度がずれているか否かは、レンズ保持部材512が保持するコリメータレンズ511より光信号を出射させ、該出射位置から所定距離離れた位置に配された、光軸に略直交する照射面に照射させることで、確認することができる。
光軸角度を微調整した後は、保持部材固定部材513の第2の固定面515をベース部材516に沿って摺動させ、光軸中心公差が許容範囲内に収まるように微調整する((C)参照)。保持部材固定部材513が所定の位置に微調整された後は、保持部材固定部材513とベース部材516とをレーザ溶接(YAG溶接)することで固定する((D)参照)。
更に、ベース部材516に対してレーザ溶接された保持部材固定部材513の第1の固定面514に対して、レンズ保持部材512の端面をレーザ溶接(YAG溶接)することにより固定する((E)参照)。
このように、レンズ保持部材512は、該レンズ保持部材512が固定される第1の固定面に対して、その端面の周縁部分において接触するように構成されている。このため、レンズ保持部材512を第1の固定面に固定するにあたりレーザ溶接を利用することができる。
同様に、保持部材固定部材513は、該保持部材固定部材513が固定される第2の固定面515に対して、少なくとも、第2の固定面515の周縁部分が接触するように構成されている。このため、保持部材固定部材513をベース部材516に固定するにあたりレーザ溶接を利用することができる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態におけるスキャナ/プルバック部102は、コリメータレンズ511、521を保持するレンズ保持部材512、522を固定するために、保持部材固定部材513、523を配する構成とした。そして、該保持部材固定部材513、514の、レンズ保持部材512、522が固定される第1の固定面514、524を球面形状に形成する構成とした。これにより、レンズ保持部材512、522の端面を該第1の固定面514、524に対して摺動させることで、該レンズ保持部材512、522に保持されたコリメータレンズ511、521の光軸角度を容易に微調整することが可能となった。また、レンズ保持部材512、522の端面が、その周縁部分において第1の固定面514、524に接触する形状とすることにより、微調整後の状態を外側からレーザ溶接により固定させることが可能となった。
更に、保持部材固定部材513、523の第2の固定面515、525を、コリメータレンズ511、521による光信号の出射方向または受光方向に対して略直交するように形成することとした。これにより、同じく略直交する面を有するベース部材516の端面または固定部ハウジング526の端面に対して該第2の固定面515、525を摺動させることで、保持部材固定部材513、523に固定されるレンズ保持部材512、522に保持されたコリメータレンズ511、521の光軸中心を容易に微調整することが可能となった。また、第2の固定面515、525がその周縁部分においてベース部材516の端面または固定部ハウジング526の端面に接触する形状とすることにより、微調整後の状態を外側からレーザ溶接により固定させることが可能となった。
この結果、コリメータレンズ511、521がレンズ保持部材512、522に対して、光軸中心または光軸角度がずれて保持されていた場合であっても、許容範囲内に微調整し、かつ、微調整後の状態を外側からの溶接により固定することが可能となった。
つまり、コリメータレンズを高精度に調整することが可能となり、伝送部420における光信号の損失を低減させることが可能となった。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、伝送部420の回転側伝送部421と固定側伝送部422の両方について、光軸中心及び光軸角度を高精度に調整できる構成としたが、本発明はこれに限定されず、いずれか一方について、光軸中心及び光軸角度を高精度に調整できる構成であってもよい。
また、上記第1の実施形態では、レーザ溶接による固定に際して、溶接箇所について特に言及しなかったが、例えば、レンズ保持部材512、522の端面の周縁部分の円周方向に、均等な間隔で3箇所溶接するようにしてもよい。同様に、保持部材固定部材の第2の固定面515、525の周縁部分の円周方向に、均等な間隔で3箇所溶接するようにしてもよい。なお、溶接点数は、3点に限定されるものではなく、4点以上であってもよいことはいうまでもない。
201:カテーテルシース、202:コネクタ部、202a:シースコネクタ、202b:駆動シャフトコネクタ、203:チューブ、220:イメージングコア、221:送受信部、222:駆動シャフト、310:スキャナ部、311:取付位置、320:プルバック部、321:指示ボタン、410:回転部、412:光アダプタ、413:光ファイバ内挿部、420:伝送部、421:回転側伝送部、422:固定側伝送部、430:固定部、431:取付機構、501:光ファイバ、511・521:コリメータレンズ、512・522:レンズ保持部材、513・523:保持部材固定部材、514・524:第1の固定面、515・525:第2の固定面、516:ベース部材、526:固定部ハウジング、527:開口部

Claims (5)

  1. 光の送受信を連続的に行う送受信部を有する光プローブ部が取り付けられ、前記送受信部を回転させながら測定光を出射し、生体管腔を軸方向に移動させながら、該送受信部が受信した生体組織からの反射光を該送受信部より取得するとともに、該反射光を用いて該生体組織の軸方向の断面画像を複数生成する制御装置に対して、該反射光を送信するモータ駆動装置であって、
    前記送受信部を回転させる回転部と、前記反射光を信号線を介して前記制御装置に送信する固定部との間において、光信号の伝送を行う伝送部を備え、
    前記伝送部は、少なくとも、
    前記光信号を出射する、または前記光信号を受光するコリメータレンズが内部において保持される円筒形状のレンズ保持部材と、
    前記レンズ保持部材の端面が固定される第1の固定面と、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面に固定される第2の固定面と、を有する保持部材固定部材と、を備え、
    前記第1の固定面は、球面形状に形成されており、
    前記第2の固定面は、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成されていることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記レンズ保持部材の端面と、前記第1の固定面とは、レーザ溶接により固定されており、前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面と、前記第2の固定面とは、レーザ溶接により固定されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面は、前記コリメータレンズに接続された光ファイバが内挿された光ファイバ内挿部の端面であることを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記光信号を出射する、または前記光信号を受光する方向に略直交するように形成された面は、前記回転部の前記レンズ保持部材と、前記固定部の前記レンズ保持部材との間に配され、前記光信号を遮光しないための開口部が設けられた固定部側の面であることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置を備え、該モータ駆動装置より送信された反射光と前記測定光を分離することで得られた参照光との干渉により生成した干渉光のラインデータに基づいて、該生体組織の軸方向の断面画像を複数生成することを特徴とする光画像診断装置。
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