JP2015029567A - 光イメージング用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＣＴ画像診断用プローブにおいて、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで回転部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査を行い３次元の観察画像を得ることができる３次元走査型光イメージング用プローブを提供する。【解決手段】プローブの先端側と後方側との間で光を伝える固定側光ファイバー１と回転側光ファイバー２、回転駆動源となるモータ１２と、軸方向駆動源となる直動アクチュエータ１９とを同一線上に配置する。回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１とを、光ロータリコネクター２２によって光学的に接続する。そして回転側光ファイバー２は先端側に光路変換手段３を備え、直動アクチュエータ１９のスライド軸に略コーン状または円筒状で曲面を有する円筒プリズム２０を設ける。この円筒プリズム２０の少なくとも一部が光路変換手段３の一部を外側から覆うように配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、医療機器等において被検体で反射させた光を立体的に取り込んで観察するための３次元走査型の光イメージング用プローブに関するものである。

画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術である。例えば、医療現場や精密機器などの製造現場において、画像診断の手法として、一般的なカメラ観察や超音波診断装置に加えて、断層画像や３次元断層画像を撮影する事が可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用したＯＣＴ画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。近年、この断層画像や３次元断層画像撮影は、これら方式の中で最も微細な撮影画像が得られるＯＣＴ画像診断技術の開発が注目されている。

ＯＣＴ画像は、光源として波長１３００ｎｍ（ナノメートル）程度の近赤外線を用いる事が多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れている。加えて、およそ１０μｍ（ミクロンメータ）〔超音波診断装置の１０分の１以下〕の識別が可能となることから、この断層画像方式を内視鏡に組込み、特に医療現場で人体の胃部、小腸部、動脈流等の血管部における患部の発見、診断及び治療への活用が期待されている。このＯＣＴ画像技術を適用したＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。

ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図８に示すようにモータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらにチューブ状の光学シース内を通る光ファイバー等からなるフレキシブルシャフトを介してレンズユニットへ伝達するようにしている。そのため、光学シースの内周面とフキシブルシャフトとの擦れにより摩耗粉が発生する事があった。また、前記フレキシブルシャフトの擦れ、撓み、ねじれ、及び前記ベルトの弾性変形等に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるために、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。また、この構成では該文献中図２６に示す２次元の断層画像は得られるが、３次元の画像は得る事ができなかった。

また、特許文献２に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図１に示される環状のガイドカテーテルの内部に細長のチューブ状のカテーテルが挿入され、カテーテル内部には、回転および摺動可能で光学的に接続された光ファイバーまたはコアを有し、前記光ファイバーを回転駆動させると共に、文献中図３に示すように長さ方向に移動させて身体組織に照射を行い、解析画像を観察するＯＣＴの３次元画像システムである。しかしながらこの構成では、カテーテルの内周面と駆動軸外周面との擦れにより摩耗粉が発生する問題があった。また、駆動軸の擦れ、撓み、ねじれ、に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるため、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。

また、特許文献３に記載される発明では、該文献中図２に示されるモータの回転軸の先端に反射鏡を直結するようにしている。しかしながら、この構成では回転する反射鏡を用いて２次元の断層画像は得られるが３次元の画像は得る事ができなかった。

日本特許第３８８５１１４号公報 日本特許第４５２０９９３号公報 日本特許第４４６１２１６号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで光線を回転放射する部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査が行なえて、３次元の観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを実現することである。

上記課題を解決するための一手段は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータとを備えている。軸方向駆動源となる直動アクチュエータとを備えている。そして光ファイバーは、モータの回転軸と一体に軸方向に配置された回転側光ファイバーと、回転側光ファイバーよりも後方側に、回転不能に配置された固定側光ファイバーとから構成される。そして回転側光ファイバーと固定側光ファイバーとは、光ロータリコネクターによって光学的に接続されている。回転側光ファイバーは、先端側に第一の光路変換手段を一体に備え、直動アクチュエータは、直動するスライド軸を備える。スライド軸は、第二の光路変換手段を一体に備え、第二の光路変換手段は、回転軸を中心として前記第一の光路変換手段よりも外側に位置している。この構成により、直動アクチュエータのスライド軸の移動により、光路変換手段に対面する位置の円筒プリズムの厚さが変化する事により光線の屈折が変わり、光線の放射角を一定の範囲内で変化させる事で、３次元走査を行えるようにした。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが擦れることがなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減できる。更には軸方向に厚さが変わる円筒プリズムをスライドさせて、光線の放射角を意図的に変える事で、ＯＣＴ内視鏡において３次元の空間分解能が高い観察画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図 同光イメージング用プローブの回転走査範囲説明図 同光イメージング用プローブの３次元走査範囲説明図 同光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル説明図 同光イメージング用プローブを用いた内視鏡画像装置構成図 同光イメージング用プローブの光路変換手段説明図 本発明の第２の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図 同光イメージング用プローブの直動アクチュエータ構成図 同光イメージング用プローブの直動アクチュエータ断面図 同光イメージング用プローブの光ロータリコネクター断面図

本実施の形態の３次元走査型光イメージング用プローブの第一の特徴は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータと、軸方向駆動源となる直動アクチュエータとを備える。そして、前記光ファイバーは、前記モータの回転軸と一体に前記軸方向に配置された回転側光ファイバーと、前記回転側光ファイバーよりも前記後方側に、回転不能に配置された固定側光ファイバーとからなる。そして、前記回転側光ファイバーと前記固定側光ファイバーとは、光ロータリコネクターによって光学的に接続される。そして、前記回転側光ファイバーは、前記先端側に第一の光路変換手段を一体に備え、前記直動アクチュエータは、直動するスライド軸を備え、前記スライド軸は、第二の光路変換手段を一体に備え、前記第二の光路変換手段は、前記回転軸を中心として前記第一の光路変換手段よりも外側に位置している。
この構成によれば、スライド軸の移動により、光線の放射角を変える事ができ、空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第二の特徴としては、前記第二の光路変換手段は、曲面を有する略コーン状又は円筒状の円筒プリズムであって、前記円筒プリズムは、前記第一の光路変換手段の少なくとも一部を前記外側から覆うよう位置しており前記スライド軸の移動により、前記第一の光路変換手段に対面する位置の前記円筒プリズムの前記曲面の傾斜角度が変化するように構成している。
この構成によれば、スライドする円筒プリズムが、光路変換手段に対面する位置におけるその曲面の角度を意図的に変える事で光線が円筒プリズムに対する屈折が変わり、これにより光線を中心線に対し一定角度範囲で放射角を変える事ができるので３次元観察が可能になり、空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第三の特徴としては、前記第二の光路変換手段は、曲面を有する略コーン状又は円筒状の円筒プリズムであって、前記円筒プリズムは、円筒の外周と内周のサイズによって決まる径方向の厚さが軸方向に変化するように形成されており、前記スライド軸の移動により、前記第一の光路変換手段に対面する位置の前記円筒プリズムの前記厚さが変化するように構成している。
この構成によれば、光線が屈折することよる放射角の変化量を得る事ができるので、より空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第四の特徴としては、前記回転軸は、中空形状であり、前記回転側光ファイバーは、前記回転軸の中空部に挿通する構成としている。
この構成によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で回転側光ファイバーと固定側光ファイバーのいずれもが擦れることが無いので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減され空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第五の特徴としては、前記第一の光路変換手段は、ボール形状の一部分に略平面を有する形状、または円錐形状の一部分に略平面を有する形状のプリズムである。
この構成により、回転側光ファイバー内に散光する光線を集めて一本の光線に集める機能を有するので安定した空間分解能を実現する。

第六の特徴としては、前記直動アクチュエータは前記モータと前記第一の光路変換手段との間に位置し、前記スライド軸は中空形状であり、前記回転側光ファイバーは前記スライド軸の中空部に非接触に挿通されている構成とした。
この構成によっても、内視鏡装置等のカテーテル内で回転側光ファイバーと固定側光ファイバーのいずれもが擦れることが無いので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減され空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第七の特徴としては、前記直動アクチュエータは前記光路変換手段よりも前記先端側に位置する構成とした。
この構成によれば、この構成によりスライド軸に穴が不要であるので直動アクチュエータと光イメージングプローブをより細く構成することができる。

第八の特徴としては、前記直動アクチュエータは、圧電効果を利用した圧電式アクチュエータであって、前記圧電式アクチュエータは、進行波を発生させる可振子を備え、前記可振子は、略多角柱形状であって、その中心線上に貫通穴を有し、前記貫通穴に前記スライド軸が挿通され、前記貫通穴には中心軸から放射状に伸びるスリット部を有し、前記可振子のスライド軸に平行な１つの面と、その対向面に圧電素子が貼り付けられており、圧電子に電圧を印加する事で、前記第二の光路変換手段を一体に備える前記スライド軸に、軸方向の変位を与える構成としている。
この構成により直動アクチュエータがコンパクトの構成でき、かつスライド軸をスムーズに駆動できる。

第九の特徴としては、前記圧電素子は、前記可振子のスライド軸に平行な１つの面と、該１つの面の対向面と、中心軸に直角な２つの面に貼り付けられている。
この構成により超音波アクチュエータがコンパクトに構成でき、かつスライド軸をより強い力でスムーズに駆動できる。

第十の特徴としては、前記光ロータリコネクターは、前記固定側光ファイバーと前記回転側光ファイバーの両方又は一方の外周に微小隙間を隔てて覆う第１カバーと、前記第１カバーを微小隙間を隔てて覆う第２カバーとを備え、前記第１カバーと前記第２カバーの両方又は一方には、前記微小隙間に接する側にネジ溝が形成されており、前記微小隙間には透明な流体が注入されている。
この構成により、固定側光ファイバーと回転側光ファイバーとの両者間の透過率が高まりＯＣＴ観察装置の光学的損失が極小になり画像性能が向上する。

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１〜図６は本発明に係る光イメージング用プローブの実施形態１を示している。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの断面図である。略チューブ状のカテーテル６の内部に先端側と後方側をつなぎ、光ファイバー固定具４に固定された固定側光ファイバー１と、その先端側に例えばボールレンズ２３の一部に傾斜する略平面部２４を加工された第１光路変換手段３を一体に有する回転側光ファイバー２とを有している。

回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１は微小距離を隔てて対向し、回転する遮光板５、固定具４を含めて光ロータリコネクター（回転光コネクター）２２を構成している。回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１の間は高い透過率でありほとんど損失なく光学的に接続されている。

モータケース８には第１軸受９a、９bが固定されており、中空回転軸１０を回転自在に支持している。回転軸１０にはロータ磁石１１が固定され、モータコイル７を含めてモータ１２を構成し、電線１７aから通電されることで回転する。

前記モータケース８には、第２軸受１８a、１８bが一体的に取付けられ、第２軸受１８a、１８bは中空スライド軸１３を支持している。中空スライド軸１３は、パターン電極１６を表面に形成された圧電セラミックス等の電歪素子１５がその表面に貼り付けられた可振子１４の穴に挿通、又は軽圧入され、電線１７bを含めて直動アクチュエータ１９を構成している。

中空スライド軸１３には略円筒状でその厚さが軸方向に変化する透明ガラス等で作られ、少なくとも一部に曲面を有する第２光路変換手段２０が取り付けられ、第１光路変換手段３を外周からカバーする位置に取り付けられている。第２光路変換手段２０の外周には無色透明のガラス等で作られた透光部２１が覆い、カテーテル６を人体内に挿入可能としている。

電線１７aから電力が供給され、モータ１２が回転を始めると、固定側ファイバー１から送られた光線は光ロータリコネクター２２を通過し、回転側光ファイバー２に入光する。そして、回転する第１光路変換手段３の略平面部２４により光線の進路は変えられて放射状に放出されて、第２光路変換手段２０と透光部２１を通過して人体内部に照射される。

このとき、第２光路変換手段２０が図１の２０aに示す位置にあり、中空スライド軸１３が１３aに示す位置に有る場合は固定側光ファイバー１の後方から送られて、回転側ファイバー２を通過して第１光路変換手段３から放射された光線は、２０aの位置にある第２光路手段２０の曲面が回転側光ファイバー２に中心軸にほぼ平行な部分に入射しこれを通過する。

このとき、光線の方向は図中θ１の角度であり、次に電線１７bから通電され、直動アクチュエータ１９が中空スライド軸１３を先端方向に向けて変位させ１３bの位置に移動し、第２光路変換手段が２０bの位置に移動すると、第１光路変換手段３から同様に放射された光線の進路は一定角度変化し図中θ２になる。

図４は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル８２の説明図である。ガイドカテーテル８２は人体の胃部、小腸、気管支内等に挿入可能なようにその直径は約９ミリメータ以下で、フッソ樹脂等の適度な強度と柔軟性を有するように作られている。

また、その先端観察部８４にはＣＣＤカメラ部８３を有し、ガイドカテーテル８２の全長に渡り鉗子チャネル８１と称する連通穴が開けられ、本発明光イメージング用プローブのカテーテル６は、この鉗子チャネル内に挿入及び取外し自由に構成される。

図５は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いた内視鏡装置の構成図であり、カテーテル６はガイドカテーテル８２と共にＯＣＴ内視鏡装置の本体８５に取り付けられる。

本体にはモータ１２のドライバ回路８６、アクチュエータドライバ回路８７、光干渉解析部８８、画像解析コンピュータ８９が内蔵され、モニタ９０にはＣＣＤカメラ８３の画像と、コンピュータ８９で解析して作られたＯＣＴ３次元画像が表示される。

図１のモータ１２には図５のモータドライバ回路８６から電力が供給されて回転駆動され、直動アクチュエータ１９はアクチュエータドライバ回路８７から電圧が印加されて直動運動を行う。

図１に示されるカテーテル６はその直径は約２ｍｍ（ミリメートル）程度であり、ガイドカテーテル８２と共に人体内に挿入されても人体に悪影響がなく表面のすべりがスムーズであり、またカテーテル６の表面に破れやピンホール等の破損が生じない材料、例えばフッソ樹脂等で作られている。

図１に示されるカテーテル６の内部に貫通する固定側光ファイバー１は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は０．２〜０．４ｍｍ（ミリメートル）程度のものを使っている。

図１に示される第１光路変換手段３は光線を反射する略平面部２４を有するボールレンズ２３、又は図６に示す一部に反射する略平面部２６を有する円錐状または円筒状プリズム２５とで構成されており、反射率を高めるため表面粗さと形状精度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。

図１に示される中空回転軸１２の穴の直径は０．２〜０．５ｍｍ（ミリメートル）であるが、金属またはセラミックスからなり、溶融金属のダイによる引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスのダイによる押し出し加工で中空に成形され、硬化処理後に研磨加工法等により仕上げ加工されている。

次に上述した図１〜図６の３次元走査型の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。

図５において本体８５内の光源から発光された近赤外等の光線はガイドカテーテル８２内のカテーテル６の中の固定側光ファイバー１の中を通り、図１の光ロータリコネクター２２と回転側光ファイバー２を通過し、第１光路変換手段３の略平面部２４で反射し一定の角度方向（図１においては略９０度の角度方向）に方向を変えて放射される。

そして、第２光路変換手段２０と透光部２１を通過し、近赤外光線は人体表皮から２〜５ｍｍ（ミリメートル）程度まで透過し、そこから反射した光線を上記と同じ光路を、今度は逆方向に透光部２１→第２光路変換手段２０→回転側光ファイバー２→光ロータリコネクター２２→固定側光ファイバー１を通過して光干渉解析部８８に戻っていく。

この時の光線の放射範囲が即ち光干渉内視鏡の走査範囲に該当するが、これは図２に示すように２次元的に半径約２〜５ｍｍ（ミリメートル）の距離まで光線が透過し、反射光を検出している。

このとき、第２光路変換手段２０が図１の２０aに示すように先端位置で、中空スライド軸が１３aに示す位置に有る場合は第１光路変換手段から放射された光線は、第２光路手段の２０aの曲面が回転側光ファイバー２の回転中心にほぼ平行な部分に入射しこれを通過するため、光線の方向は図中θ１の角度（θ１＞０°）であり、あまり変化せずほぼ直進する。

しかし直動アクチュエータ１９が中空スライド軸１３を先端に向けて移動させ１３ｂの位置に移動し、第２光路変換手段が２０ｂの位置に移動すると、第１光路変換手段３から同様に放射された光線は、第２光路変換手段の曲面が傾斜する部分を透過するため、光の屈折により光線の進路は一定角度変化し図中θ２の角度（θ２＞θ１）に変化する。

これにより光線の放射方向がθ１〜θ２の範囲で徐々に変化させる事が可能になる。この場合の光線の放射範囲は図３に示すように３次元的に照射している。図３は光線が放射される範囲のイメージを示す説明図である。

本実施形態では、カテーテル６の後方から先端までの全長に渡る内部で光ファイバー１は固定され、長いカテーテル６の中で回転させないので擦れる事なく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。

尚、モータ１２の回転ムラは一般に回転角度をパーセントで表示されるが、本方式では０．０１％の高性能が達成できている。一方、従来の光ファイバーが擦れる方式の内視鏡プローブでの回転ムラは、その約１００倍以上の悪い性能しか得られていなかった。

本発明によれば、カテーテル６の先端近傍に内蔵されたモータ１２と第１光路変換手段３の回転速度ムラがなく、人体等の被検体から反射し先端側に入射した光線を第１光路変換手段３が高精度な走査を行い後方側の固定光ファイバー１へ導く事により、１０ミクロン（μｍ）の高い空間分解能が得られる。

また、第１光路変換手段３を回転させる事により３６０度全周の走査が行われるが、３６０度の走査範囲内に信号線や電線を設けない構成であるため、３６０度の鮮明なＯＣＴ画像を得ることができる。

図５のＯＣＴ３次元操作画像診断装置において最も重要な要求性能は３次元画像の空間分解能を高める事であるが、空間分解能を達成するための要因には、モータ１２の回転速度ムラ、中空回転軸１０の振れ精度、第１光路変換素子３と、第２光路変換手段２０の精度および表面粗さ等がある。

この中で影響度が大きいのはモータ１２の回転速度ムラであるが、先端部にモータ１２を内蔵し、光路変換素子を高精度で、かつ回転速度ムラなく回転させる本方式はたとえば１０ミクロン（μｍ）以下の高い３次元の空間分解能を安定して達成できる。

次に、本発明に関わる３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態２について説明する。（図７参照）

図７に示す第２の実施の形態に係る３次元走査用の光イメージング用プローブにおいて、略チューブ状のカテーテル３６の内径内に先端側と後方側をつなぐ十分な長さを有する固定側光ファイバー３１が光ファイバー固定具３４により固定される。

固定側ファイバー３１の先端側には十分に短い回転側光ファイバー３２が固定側光ファイバー３１と同軸上に位置し、回転側光ファイバー３２の先端側には例えばボールレンズ等からなる第１光路変換手段３３を一体に有し、回転側光ファイバー３２と同軸に中空回転軸４０を有するモータ４２を有する。

モータ４２は薄肉で円筒状のモータケース３８の内に軸受３９Ａ、３９Ｂが中空回転軸４０を支持し、モータコイル３７、ロータ磁石４１、電線５３aにより構成され、このように中空回転軸４０は回転側光ファイバー３２と共に一体的に回転する。

固定側ファイバー３１と回転側光ファイバー３２は数十ミクロン（μｍ）程度の僅かな距離を隔てて設けられるが其々の断面は直角にかつ平滑に加工されており、また同軸上に位置しているので光線が２つのファイバー間で減衰なく通過する事ができる。

回転側光ファイバー３２には遮光板３５が取り付けられるが、固定側光ファイバー３１、回転側光ファイバー３２、光ファイバー固定具３４、遮光板３５で光ロータリコネクター５２を形成する。

図１０は光ロータリコネクター５２の断面図を示している。固定側光ファイバー３１と回転側光ファイバー３２の少なくともいずれか一方の外周を微小な半径隙間を隔てて第１カバー５６が覆っている。そして、そのさらに外周を微小な半径隙間を隔てて第２カバー５７が覆い、第１カバー５６と第２カバー５７のいずれか一方が回転する遮光板に固定され、他方が非回転の光ファイバー固定具に固定される。

２つの微小な半径隙間はおよそ１０ミクロン（μｍ）から３０ミクロン（μｍ）であり、これらの隙間にはシリコンオイルやフッ素系の光学流体６０が注入されている。これにより固定側光ファイバー３１と回転側光ファイバー３２の対向面は光学流体６０が充満するので両者間の透過率が高まりＯＣＴ観察装置の光学的損失が極小になり画像性能が向上する。

第１又は第２カバー５６、５７においてはそれら円筒面上の、前記２つの微小隙間の少なくとも１つの面にネジ溝を加工しており、回転によりスクリューポンプと同様の効果により光学流体６０をシールし隙間に閉じこめる事ができている。

また、第２カバー５７の外周面や遮光板５１の表面にはバリヤー層５８、５９がコーティングされ、光学流体６０が外部に滲み出すことを防止できている。

第２カバー５７の開口部近傍にはオイル溜まり５７aを設けているが、この光ロータリコネクターを組たれる段階でこのオイル溜まり５７aに適量の光学流体６０を塗布し、引き続き減圧槽内に入れる事で内部の空気を排出し光学流体６０を内部に侵入させる。

モータケース３８には、第２軸受４８a、４８bが一体的に取付けられ、第２軸受４８a、４８bはスライド軸４３を支持している。スライド軸４３にはパターン電極４６を表面に形成された圧電素子４５がその表面に貼り付けられた可振子４４が挿通、又は軽圧入され、直動アクチュエータ４９を構成している。

スライド軸４３には略円筒状で少なくとも一部に曲面を有する樹脂材料又は透明ガラス等で作られた第２光路変換手段５０が取り付けられ、第１光路変換手段３３の少なくとも一部を外周から覆うような位置に取り付けられている。透光部５１は無色透明のガラスや樹脂材料等で作られている。

このとき、第２光路変換手段５０が、図７の５０aに示すように先端位置で、スライド軸４３が図中４３aに示す様に左寄りの位置に有る場合は、固定側光ファイバー３１の後方から送られて、回転側ファイバー３２を通過して第１光路変換手段３３から放射された光線は、第２光路手段５０の曲面が回転側光ファイバー２の回転中心にほぼ平行な部分に入射しこれを通過する。このため、光線の方向は図中θ１（０°よりも大きい角度）であり、あまり変化せず、ほぼ直進する。

しかし、直動アクチュエータ４９がスライド軸４３を後方に向けて移動させ４３bの位置に移動し、第２光路変換手段が５０bの位置に移動すると、第１光路変換手段３３から同様に放射された光線は、第２光路変換手段５０bの曲面が傾斜する部分を透過するため、光の屈折により光線の進路は一定角度大いに変化し図中θ２（θ１よりも大きく最大でも９０°を越えない角度）になる（０°＜θ１＜θ２＜９０°）。

これにより光線の放射方向がθ１〜θ２の範囲で任意にかつ十分広範囲に変化させる事が可能になる。この場合の光線の放射範囲は図３に示すように３次元的に照射している。

尚、本実施例では、θ１からθ２に大きく変化する角度設定にしたが、設計的にθ１とθ２とをほぼ同じ角度に設定することもできる（θ１≒θ２）。

本実施形態では、カテーテル６の後方から先端までの全長に渡る内部で固定側光ファイバー３１は固定され回転しないので擦れる事がない。従って、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減され第１光路変換手段３３の回転速度ムラがなく、１０ミクロン（μｍ）の高い空間分解能が得られる。また、第１光路変換手段３３を回転させる事により３６０度全周の走査を行うことができる。

さらに直動アクチュエータ４９に通電する事で第２光路変換手段５０と光線の入射角を意図的に変える事で光線の放射方向を変化させ３次元の走査が可能であり、空間分解能が高く鮮明なＯＣＴ３次元観察画像を得る事ができる。ただし本実施形態では直動アクチュエータ４９の電線５３ｂが３６０度走査の妨げになり、画像信号の一部分が欠落する場合もある。

図７の略円筒形状の第２光路変換手段５０は、その内周面に曲面を有し軸方向にスライドする事により第１光路変換手段３３から放射された光線が当接する部分の入射角が変わるだけでなく、その厚さも軸方向に変化するよう構成している。これにより光線の放射角の変化量（θ２−θ１）をより大きくする事ができる。但し、放射角を大きく変化させると光線が分散してしまう場合があり、これを防止するためには略平面部５４は半径が十分大きい球面に構成して解決する。

本実施例の効果は図１示す３次元走査型光イメージング用プローブとほぼ同じであるが、直動アクチュエータ４９のスライド軸４３が中実軸であり、光ファイバーを中部に通さないためカテーテル３６をより一層細く構成できる。

図８〜図９は、図７の直動アクチュエータ４９の可振子４４、スライド軸４３、パターン電極４６を表面に形成した圧電素子４５の構成を示している。

図５のアクチュエータドライバ回路８７から電線５３bを通して、図８〜図９のパターン状の電極４６a→４６b→４６c→４６ｈの順に電圧が印加され、また、これと同時に電極４６ｆ→４６e→４６d→４６gの順に電圧が印加されると、の可振子４４は図９における矢印の方向に回転進行波を発生させる。この進行波がスライド軸４３を図中矢印に示す右方向に直動させる。

また、これら電極４６への電圧印加の順序を逆にすると逆方向の回転進行波が生じ、スライド軸４３は逆方向に直動させる事ができる。可振子４４にはスリット４４aが加工されているため、ステンレス等の金属や、弾性を有するセラミックスで加工された可振子４４にバネ力が発生し、スライド軸４３に常時軽い押し圧力を加えている。

図１においては、直動アクチュエータ１９は図８〜図９に示す直動アクチュエータ４９の構造とほぼ同じであるが、スライド軸１３の形状は、穴を有する中空スライド軸１３であり、電歪素子１５に貼り付けられるパターン電極１６は、１６a、１６b、１６e、１６fのみ構成されている。

図５のアクチュエータドライバ回路８７から電線１７bを通して、電極１６a→１６b順に電圧が印加され、これと同時に電極１６f→１６e順に電圧が印加されると図１の可振子は図９と同様に矢印の方向に回転進行波を発生し、この進行波がスライド軸１３を直動させる。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され、１０ミクロン（μｍ）以下の高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られ、また、第２光路変換手段の厚さを意図的に変える事で、光線を軸方向に一定範囲で放射できるため３次元の観察画像を得ることができる。

本発明の３次元走査型光イメージング用プローブは、長いチューブ内の光ファイバーを回転させることなく、チューブの先端近傍にモータで速度ムラなく回転する光路変換手段を設けて高精度な回転走査機構を有する。この事によって、ＯＣＴ画像診断装置の基本性能である空間分解能をおよそ１０ミクロン（μｍ）以下に改善する事が可能となる。更に、３次元走査により人体内部の患部の観察と診断が人体の切開手術せずに行え、従来の診断装置であったＸ線ＣＴ、核磁気共鳴などでは不可能であった高分解能で緻密は診断が可能となる。これにより、特に医療現場での微細な病巣の診断や治療への活用が期待されると共に、医療用内視鏡装置以外にも工業用ＯＣＴ診断装置にも適用することができる。

１、３１ 固定側光ファイバー
２、２２ 回転側光ファイバー
３、３３ 第１光路変換手段
４、３４ 光ファイバー固定具
５、３５ 遮蔽板
６、３６ カテーテル（チューブ）
７、３７ モータコイル
９a、９b、３９a、３９a 第１軸受
１０、４０ 中空回転軸
１１、４１ ロータ磁石
１２、４２ モータ
１３a、１３a 中空スライド軸
４３a、４３a スライド軸
１４、４４ 可振子
４４a スリット
１５、４５ 電歪素子
１６、４６ パターン電極
１７a、１７b、５３a、５３b 電線
１８a、１８b、４８a、４８b 第２軸受
１９、４９ 直動アクチュエータ
２０a、２０b、５０a、５０b 第２光路変換手段
２１、５１ 透光部
２２、５２ 光ロータリコネクター
５６ 第１カバー
５７ 第２カバー
５８ ２２９ バリヤー層
６０ 光学流体
８６ モータドライバ回路
８７ アクチュエータドライバ回路

Claims (10)

1. 先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、
   プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーと、回転駆動源となるモータと、軸方向駆動源となる直動アクチュエータとを備え、
   前記光ファイバーは、
   前記モータの回転軸と一体に前記軸方向に配置された回転側光ファイバーと、
   前記回転側光ファイバーよりも前記後方側に、回転不能に配置された固定側光ファイバーとからなり、
   前記回転側光ファイバーと前記固定側光ファイバーとは、光ロータリコネクターによって光学的に接続され、
   前記回転側光ファイバーは、前記先端側に第一の光路変換手段を一体に備え、
   前記直動アクチュエータは、直動するスライド軸を備え、
   前記スライド軸は、第二の光路変換手段を一体に備え、
   前記第二の光路変換手段は、前記回転軸を中心として前記第一の光路変換手段よりも外側に位置していることを特徴とする光イメージング用プローブ。
   
2. 前記第二の光路変換手段は、曲面を有する略コーン状又は円筒状の円筒プリズムであって、
   前記円筒プリズムは、前記第一の光路変換手段の少なくとも一部を前記外側から覆うよう位置しており、
   前記スライド軸の移動により、前記第一の光路変換手段に対面する位置の前記円筒プリズムの前記曲面の傾斜角度が変化することを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
   
3. 前記第二の光路変換手段は、曲面を有する略コーン状又は円筒状の円筒プリズムであって、
   前記円筒プリズムは、円筒の外周と内周のサイズによって決まる径方向の厚さが軸方向に変化するように形成されており、
   前記スライド軸の移動により、前記第一の光路変換手段に対面する位置の前記円筒プリズムの前記厚さが変化することを特徴とする請求項１又は２記載の光イメージング用プローブ。
   
4. 前記回転軸は、中空形状であり、
   前記回転側光ファイバーは、前記回転軸の中空部に挿通されていることを特徴とする請求項１から３何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
   
5. 前記第一の光路変換手段は、ボール形状の一部分に略平面を有する形状、または円錐形状の一部分に略平面を有する形状のプリズムであることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
   
6. 前記直動アクチュエータは前記モータと前記第一の光路変換手段との間に位置し、
   前記スライド軸は中空形状であり、
   前記回転側光ファイバーは前記スライド軸の中空部に非接触に挿通されていることを特徴とする請求項１から５何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
   
7. 前記直動アクチュエータは前記光路変換手段よりも前記先端側に位置することを特徴とする請求項１から５何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
   
8. 前記直動アクチュエータは、圧電効果を利用した圧電式アクチュエータであって、
   前記圧電式アクチュエータは、進行波を発生させる可振子を備え、
   前記可振子は、略多角柱形状であって、その中心線上に貫通穴を有し、
   前記貫通穴に前記スライド軸が挿通され、
   前記貫通穴には中心軸から放射状に伸びるスリット部を有し、前記可振子のスライド軸に平行な１つの面と、その対向面に圧電素子が貼り付けられており、前記圧電素子に電圧を印加する事で、前記第二の光路変換手段を一体に備える前記スライド軸に、軸方向の変位を与えることを特徴とする請求項１から７何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
   
9. 前記圧電素子は、前記可振子のスライド軸に平行な１つの面と、該１つの面の対向面と、中心軸に直角な２つの面に貼り付けられていることを特徴とする請求項８記載の光イメージング用プローブ。
   
10. 前記光ロータリコネクターは、前記固定側光ファイバーと前記回転側光ファイバーの両方又は一方の外周に微小隙間を隔てて覆う第１カバーと、
    前記第１カバーを微小隙間を隔てて覆う第２カバーとを備え、
    前記第１カバーと前記第２カバーの両方又は一方には、前記微小隙間に接する側にネジ溝が形成されており、
    前記微小隙間には透明な流体が注入されていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の光イメージング用プローブ。

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