JP2015177919A - 光画像診断装置及びそれに用いるカテーテル - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構造でもって、カテーテルに係る負担はもちろんのこと、MDU部に係る負担も軽減し、MDU部に至ってはその長期利用を可能ならしめる技術を提供する。
【解決手段】 光ファイバ端面を露出させて保持する回転自在な円筒部と、この円筒部の周方向に回転自在であって、かつ、円筒部の軸方向への移動範囲が規定されたフランジ部で構成されるツマミをカテーテルコネクタ内に設ける。この結果、カテーテルがMDU部に接続するために、押し込みの力を受けて円筒部が後退して、フランジ部が弾性体に当接したとしても、円筒部がフランジ部に対して回転自在な関係を維持する。
【選択図】 図4

Description

本発明は光干渉を用いた画像診断装置とそれに用いるカテーテルに関するものである。
血管内腔の画像を取得する装置として光干渉断層診断装置(OCT:Optical Coherence Tomography)等がある。また、OCTの改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置(SS−OCT:Swept-Source OCT)も開発されている(特許文献1)。以下、これらを総称して画像診断装置という。
画像診断装置においては、光の送受信を行うイメージングコアを、先端部に回転自在に且つ軸方向に移動自在に収容したカテーテルを用いる。イメージングコアは、カテーテルの全長とほぼ同じ長さを有する駆動シャフトに接続される。そして、その駆動シャフトは、その内部に光ファイバを収容する。そして、カテーテルの後端には、画像診断装置が有するMDU(モータドライブユニット)部と接続するためのコネクタが設けられている。MDU部は、駆動部であって、駆動シャフトの回転と軸方向への移動の動力源として機能するものであり、カテーテルと接続するためのコネクタを有する。
ここで、MDU部とカテーテルとの接続について更に詳しく考察する。
図2(a)はカテーテルのコネクタ部(以下、カテーテルコネクタという)150を矢印210の方向に移動させて、MDU部102のコネクタ部(以下、MDUコネクタという)204に接続する様子を示す。同図(b)はMDUコネクタ204の正面図である。そして、同図(c)はMDUコネクタ204の中心に位置する、カテーテルのツマミを嵌入させ、支持するツマミ係合部206の一部透過斜視図である。そして、同図(d)は同図(c)に示したツマミ係合部206をA−A’ラインで切った際の内面を示す平面展開図である。また、図3は、一般的なカテーテルコネクタ150の断面構造を示している。
MDU部102は、大別すると、基部201と、基部201に対して図示矢印209に沿って摺動自在なスライダ部202で構成される。基部201には、カテーテルシース153を把持する把持部203をはじめ、各種操作スイッチが設けられている。また、基部201の内部には回路基板やスライダ部202を矢印209に沿って摺動させるためのモータを有する。スライダ部202には、カテーテルコネクタ150を収容し接続するためのMDUコネクタ204が設けられ、その内部には、カテーテル内の駆動シャフトを回転させるためのモータ、その駆動シャフトの光ファイバとケーブル104内の光ファイバを光学的に接続する構造を有する。MDUコネクタ204は、カテーテルのコネクタ150を接続した際に、接続状態を保護するカバーとして機能する。
MDUコネクタ204内には、同図(b)に示すように、カテーテルコネクタ150が有する突起部151、152を案内するガイド溝205a、205bを有するコネクタ係合部205を有する。そしてカテーテルコネクタ150の突起部151.152が、このガイド溝205a,205bに沿って嵌入した際には、カテーテルとMDU部102とが機構的に一体となる。なお、コネクタ係合部205は回転せず、固定である。
また、ツマミ係合部206は、カテーテルコネクタ150の中心位置に位置する光ファイバを保持するツマミ301(図3参照)を嵌入させた際に、カテーテル内の光ファイバと光学的に接続すると共に、ツマミ301と一体となって回転するものである。ツマミ係合部206の内側には、ツマミ301の先端に設けられた突起部302を案内するためのガイド壁207が設けられている。このガイド壁207は、図2(c)に示すように、ツマミ係合部206内で「山」の稜線に相当する。このガイド壁207で規定さる「山」の頂点を通る垂直方向のA−A’ラインで切った際の内面を示す平面展開図(図2(d))からもわかるように、ガイド壁207で挟まれる空間がガイド溝208を形成する。そして、ツマミ係合部206の開口側でのガイド溝208の幅W0は、ツマミ係合部206の内周に実質的に等しく、奥行き方向に沿ってその幅はW1となり、ある程度の嵌入が進んだ段階での幅は、突起部302の幅と同じとなって、ツマミ301を直線上に案内するようになっている。また、ガイド壁207の傾斜角度は特に限定されないが、15度〜60度が好ましく、さらに20度〜45度が好ましい。この傾斜角度は、大きければ大きいほど、位相ずれ補正が可能となる。一方、傾斜角度は、大きければ大きいほどカテーテルコネクタ150を装着するのに必要なストローク(奥行き方向の長さ)が長くなるので、設計との兼ね合いで好適な角度を決定することとなる。なお本発明では、30度を採用している。
カテーテルコネクタ150は図3のように、カテーテルシース153を支持し、MDU部102と接続するための開口部300を有する。カテーテルコネクタ150内には、カテーテルシース153内に収容された駆動シャフト303と一体となって、回転自在なツマミ301を有する。このツマミ301は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)で構成され、駆動シャフト内に収容された光ファイバ304を案内し、その先端部を露出させる構造を成す。なお、支持部310は、ツマミ310の外部への飛び出を防止するとともに、カテーテルコネクタ150をMDU部102から抜去する際に、ツマミ310に対して光コネクタの嵌合を外す方向に力を与えるためのものである。
光ファイバ304の端部の面は図示のごとく、その軸方向に対して直交する面ではなく、その直交する面に対して角度θだけ傾いた傾斜面となっている。一方、MDU部102内のツマミ係合部206の奥に位置する光ファイバの端面(不図示)も同じ角度の傾斜角を有する光ファイバが露出しており、両光ファイバの端面が面接続されるようになっている。ファイバ端面が傾斜角θを有する理由は、その接続面での反射光の影響を少なくするためである。
上記の通りなので、カテーテルコネクタ150をMDU部102に装着する際、それぞれのファイバ端面どうしが面で接続する、より厳密には、回転方向に対する位相ずれが発生しないように接続する必要がある。この理由で、カテーテルコネクタ150内の、ツマミ301には、ツマミの回転方向の角度を規定するための突起部(キー)302を有する。一方、MDU部102側のツマミ係合部206には、先に説明したガイド壁207で規定されるガイド溝208を設け、ツマミ301とツマミ係合部206が、決まった角度で固定されるようになっている。つまり、ユーザがカテーテルコネクタ150を持って、カテーテルコネクタの突起部151,152を、MDUコネクタ204側のコネクタ係合部205のガイド溝205a,205bに合わせて差し込めば、ツマミ301の突起部302がツマミ係合部206のガイド壁207に衝突し、そのまま押し込めば、ツマミ係合部206が回動して、最終的にツマミ301の突起部302がツマミ係合部206のガイド壁207に沿って案内され、両者の光ファイバの端面どうしが面接続されるようになっている。
上記のように、ユーザはカテーテルコネクタ150を手に持って、それをMDU部102のコネクタ部204に押し込む操作を行うことになる。このとき、カテーテルコネクタ150の突起部151,152の位置は、MDU部102側で規定される。一方、カテーテルの挿入方向に対しては、弾性体311を介してツマミ301はカテーテルコネクタ150をMDU部102に接続する力を受け、ツマミ係合部206に接続される。このとき、接続に関連する部材が多いため、公差ばらつき次第では、ツマミ301がツマミ係合部206に衝突し、接続を完了させられないことが想定される。その際、比較的変形しやすい弾性体311をツマミ301端部に設けることで、接続時の寸法上の不整合を緩和させることができる。なお、弾性体311の変形時の反力が、ツマミ301とツマミ係合部206の接続を完了させるのに必要な荷重を超える必要があるため、弾性体311は一定以上のバネ定数を備える。支持部312は、その弾性体311を固定支持するためのものである。
上記の構造を成すことで、カテーテルをMDU部102に接続する際に適切に光ファイバが接続される。なお、この弾性体311は一般にはシリコンゴムが利用される。また、カテーテルコネクタ150とMDUコネクタ304が機構的にも光学的にも接続が完了した場合、ツマミ301がツマミ係合部206と一体となる。そして、突起部151,152も、MDU部102で固定支持される。この結果、ツマミ301の後端面301aと、弾性体311の面311aとの間には十分な空間が生まれるようになっている。
特開2007−267867号公報
さて、上述したように、カテーテルをMDU部102に接続する操作を行うと、ツマミ301の突起部302が、MDU部102側のツマミ係合部206におけるガイド壁に当接する。そしてそのまま押し込む操作を行うと、ツマミ301の後端面301aが弾性体311の面311aに当接し、その間に摩擦力が発生する。つまり、ツマミ301の回転が抑制される。
MDU部102におけるツマミ係合部206には、MDU部102内の回転駆動に係る構成が接続されていることもあって、ツマミ係合部206は、回転自在といえども非駆動状態でも回転が抑制される力(以下、ツマミ係合部206の回転抑制力という)が働いている。従って、ツマミ301の後端面301aが弾性体311の面311aに当接した状態で、カテーテルコネクタ150の差し込み操作を続けると、ツマミ301の突起部302と、ツマミ係合部206のガイド壁207の接触位置に相当の負荷がかかることになり、場合によってはツマミ301の突起部302が破損する。一方、MDU部102のツマミ係合部206が複数回使用することを前提にしていることもあって、十分に高い硬度の樹脂を使用されるので、破損する可能性は低いが、それでも衝突位置に傷が付く可能性はゼロではない。一旦、傷が付くとその位置での引っかかりが大きくなり、円滑な案内機能が失われることになり、場合によってはMDU部102のコネクタが破損してしまうということになりかねない。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡単な構造でもって、カテーテルに係る負担はもちろんのこと、MDU部に係る負担も軽減し、MDU部に至ってはその長期利用を可能ならしめる技術を提供しようとするものである。
上記課題を解決するため、例えば本発明のカテーテルは以下の構成を有する。すなわち、
光画像診断装置に利用されるカテーテルであって、
前記光画像診断装置が有する駆動部と接続するためのコネクタを有し、
当該コネクタは、
前記駆動部と光学的に接続するため、光ファイバを、その端面を露出させて保持するファイバ端保持部と、
前記駆動部への前記コネクタの押し込みに起因して前記ファイバ端保持部が後退した際に当接し、前記駆動部との接続時の負荷を緩衝するための弾性体とを有し、
前記ファイバ端保持部は、
前記光ファイバの端面を露出させ、保持する回転自在な円筒部材と、
該円筒部材に周方向に回転自在に、前記円筒部材の軸方向への移動範囲が規定され、かつ、前記円筒部材が後退した際に前記弾性体に当接する面を有するフランジ部材とを有することを特徴とする。
本発明によれば、簡単な構造でもって、カテーテルに係る負担はもちろんのこと、MDU部に係る負担も軽減し、MDU部に至ってはその長期利用を可能にする。
実施形態における画像診断装置の外観図である。 従来のカテーテルのコネクタの断面構造を示す図である。 MDU部とカテーテルとの接続の様子と、MDU部のコネクタの先端の構造を示す図である。 第1の実施形態におけるカテーテルのコネクタの断面構造図である。 第2の実施形態における課題と、カテーテルのコネクタの断面構造を示す図である。
以下、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の一実施の形態に係わる光断層像診断装置(以下、単に画像診断装置)100の全体構成の一例を示す図である。なお、実施形態では波長掃引光源を利用する装置を例にするが、単一波長光源を用いる装置に適用できるので、波長掃引光源を利用するのはあくまで一例であると認識されたい。
画像診断装置100は、カテーテル101と、MDU部102と、操作制御装置103で構成され、MDU部102と操作制御装置103は、コネクタ105を介してケーブル104で接続されている。このケーブル104には、光ファイバ、並びに各種信号線が収容されている。
カテーテル101は、光ファイバを保護し、回転力を伝達するための駆動シャフトを収容する。この光ファイバの先端には、操作制御装置100からMDU部102を介在して伝送された光(測定光)を、光ファイバの中心軸に対してほぼ直行する方向に送信するとともに、送信した光の外部からの反射光を受信するための光送受信部を有するイメージングコアが設けられている。
MDU部102は、先に説明した図2の構造を有するものである。簡単に説明すると、カテーテル101の後端に設けられたコネクタを介して、カテーテルを保持する。そして、MDU部102に内蔵されたモータを駆動させることでカテーテル内の駆動シャフトを回転させ、その先端に設けられたイメージングコアを回転可能になっている。また、MDU部102は、内蔵の直線駆動部に設けられたモータを駆動して、カテーテル内の駆動シャフトを所定速度で引っ張る(後退させる)処理も行う。
上記構成により、カテーテル101を患者の血管内に案内し、MDU部102に内蔵したラジアル走査モータを駆動して、カテーテル101内の駆動シャフトを回転させることで、血管内の内腔面を360度に渡ってスキャンすることが可能になる。さらに、MDU部102がカテーテル101内の駆動シャフトを所定速度で引っ張ることで、血管軸に沿ったスキャンが行われる。これによって、血管の内側から見た、血管軸に沿った断層像を複数枚得ることができ、それらを接続して3次元の血管像を再構成することも可能となる。
操作制御装置103は、画像診断装置100の動作を統括制御する機能を有する。操作制御装置103は、例えば、ユーザ(医師)指示に基づく各種設定値を装置内に入力する機能や、測定により得られたデータを処理し、体腔内の断層画像として表示する機能を備える。
操作制御装置103には、本体制御部111、プリンタ/DVDレコーダ111−1、操作パネル112及びLCDモニタ113、等が設けられている。本体制御部111は、光断層画像を生成する。光断層画像は、測定により得られた反射光と光源からの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、当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により生成される。
プリンタ/DVDレコーダ111−1は、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。操作パネル112は、ユーザが各種設定値及び指示の入力を行うユーザーインターフェースである。LCDモニタ113は、表示装置として機能し、例えば、本体制御部111において生成された断層画像を表示する。114は、ポインティングデバイス(座標入力装置)としてのマウスである。
以上が、画像診断装置100の大まかな構成とその動作であるが、本実施形態の特徴とする点は、カテーテル101における、MDU部102と接続するためのコネクタの構造にある。MDU部102の構造は、図2と同じであるものとし、以下、図4(a),(b)を参照して、実施形態におけるカテーテルコネクタ150の構造を説明する。なお、図3に示した従来のカテーテルコネクタと同様の部分については、同じ符号を付し、その符号の説明は省略する。
図4(a)は実施形態におけるカテーテルコネクタ150の断面構造図を示している。図4と図3との相違点は、図3におけるツマミ301を、円筒部400、その外周に沿って摺動自在なフランジ部401の2つの独立したパーツで構成した点であり、これ以外は同じである。
同図(b)は、円筒部400とフランジ部401の分解斜視図である。円筒部400には、その円筒の軸に沿ったフランジ部401の移動を規制するツバ400a、400bが設けられている。ツバ400b側には、円周に沿って数か所(図示では3箇所)に切欠き部400cが設けられ、一時的にその外径を小さくできる。これを利用し、フランジ部401を図示矢印410の方向に移動させると、フランジ部401が、円筒部400におけるツバ400a、400bの範囲内で回転自在に支持されることになる。当然ながら、フランジ部401の内径は、円筒部400の外径より微小量だけ大きい。また、円筒部400、並びに、フランジ部401は共にPBT(Poly Butylene Terephtalate;ポリブチレンテレフタレート樹脂)を素材とするもので、フランジ部401と円筒部400との間の摩擦力は十分に小さい。更に、実施形態では、円筒部400のツバ400bの外径の直径R0は、弾性体311の内面の直径(内径)Rに対して十分に小さいものとした。実施形態における円筒部400にフランジ部401が回転自在に支持されている状態の、これらを本実施形態でも「ツマミ」と表現し、その参照符号を図4(b)に示すように符号450とする。
上記構造によれば、カテーテルをMDU部102に接続する際に、ツマミ450が後退すると、弾性体311に当接するのは、ツマミ450におけるフランジ部401となり、故に、このような状況になったとしても、弾性体311による緩衝性が維持できる。更に、弾性体311とフランジ部401とが当接したとしても、円筒部400は弾性体311に接することはない。フランジ部401と円筒部400の間の摩擦トルクは十分に小さく、MDU部102が非駆動時における、ツマミ係合部206の回転抑制力よりも小さくできる。この結果、カテーテルコネクタ150を、MDUコネクタ240に差し込んだ際、回転するのは、ツマミ収容部206ではなく、ツマミ450の円筒部400となり、ツマミ450における突起部302に係る負荷を小さくでき、かつ、ツマミ係合部206のガイド壁207の接触点に係る負荷もこれまでよりも遥かに小さくできる。
なお、実施形態におけるツマミ450を構成する円筒部400とフランジ部401は共にPBTとしたが、適度な強度を維持でき、かつ、それらの間の摩擦が十分に小さければ良いので、PBTに限定されるものではない。例えば、円筒部400はPBT,フランジ部401の材質をPOM(Polyoxymethylene;ポリオキシメチレン)としても構わない。
以上説明したように本実施形態におけるカテーテルによれば、画像診断装置が有するMDU部に接続する際に、その光結合が正しく行われるための回転動作する側が、回転時の抵抗の低いカテーテル内のツマミ側になるようにすることができる。従って、接続時にMDU部102に係る負担を従来構造より少なくでき、その稼働率を上げることも可能となる。
[第2の実施形態]
更に本発明者は、カテーテルとMDU部とを接続する際、ツマミ450の突起部302がツマミ係合部206のガイド壁207に当接した際に、その接触点において発生する力の力線と、ツマミ450が弾性体311から受ける力の合力の力線のズレから、接触点を中心に図5(a)の矢印500に示す回転トルクが発生することに着目した。なお、図5(a)では、ツマミ係合部206が、ツマミ450が傾いた状態での侵入を許可するかのように示しているが、これは説明をわかりやするために誇張して示したに過ぎず、ツマミ係合部206にかかる間隙があることを示すものではない。
図示のようなトルク500が発生するということは、ツマミ450がツマミ係合部206に対し、僅かに傾いた状態で侵入することとなる。カテーテル101をMDU部102に装着する際に、その装着力はツマミ450とツマミ係合部206との接触部において受けることとなり、ツマミ450の突起部302には剪断力が発生する。ツマミ450が傾いた状態である場合、この剪断力を受ける断面積が、傾いていない状態のカテーテル装着時と比較して小さくなることとなる。これにより、ツマミ450の突起部302には大きな剪断応力が発生し、ツマミ450の突起部302が破損や変形をする可能性がある。
本発明者は、前述の剪断力を受ける断面積をより大きくし、剪断応力を低下させるために、トルク500を無くす、もしくは逆回転のトルクを発生させる構造を有することが望ましいと考えた。幸い、トルク500の回転中心は、ツマミ450の円周上の突起部302が設けられた位置で規定されるのは図5(a)から明らかである。そこで、このトルク500を無くす、もしくは逆回転のトルクを発生させるため、図4(b)に示したツバ400aの代わりに、図5(b)に示すように、円筒部400の軸に直交する面からはある程度傾斜する面に沿ってツバ400a’を設けることに着想が至った。ここで、ツバ400bとの距離が最短となるツバ400a上の位置は、図示の上端の符号501であって、突起部302が設けられる側に一致する。逆に、ツバ400bとの距離が最長なるツバ400a上の位置は、図示の下端の符号502であって、突起部302に対する反対側の位置に一致する。
上記の構造を有すると、カテーテルをMDU部102に押し込み、フランジ部401が弾性体311に当接したとき、ツバ400a’における弾性体311からの反発力を受ける部分は位置501となり、その反発力に基づく、ツマミ450の作用力は、先に示すトルク500が全くない状態もしくは、反対方向のトルクをツマミ450に与えることができることとなる。その結果、ツマミ450の突起部302と、ツマミ係合部206のガイド壁207との接触部において前記の剪断力を受ける断面積を大きく確保することができるため、結果的に剪断応力を低下させることができ、ツマミ450の突起部302に掛かる負担をさらに軽減させることができるようになる。
以上本発明に係る実施の形態を説明した。本実施形態では、OCT又はOFDIを用いた光干渉を利用した画像診断装置に適用する例を説明した。最近では、イメージングコアに光送受信部だけでなく、超音波送受信部も有し、一度のスキャンで光干渉を利用した断面画像と、超音波を利用した断面画像を生成する装置もあり、係る装置に適用しても構わない。

Claims (5)

  1. 光画像診断装置に利用されるカテーテルであって、
    前記光画像診断装置が有する駆動部と接続するためのコネクタを有し、
    当該コネクタは、
    前記駆動部と光学的に接続するため、光ファイバを、その端面を露出させて保持するファイバ端保持部と、
    前記駆動部への前記コネクタの押し込みに起因して前記ファイバ端保持部が後退した際に当接し、前記駆動部との接続時の負荷を緩衝するための弾性体とを有し、
    前記ファイバ端保持部は、
    前記光ファイバの端面を露出させ、保持する回転自在な円筒部材と、
    該円筒部材に周方向に回転自在に、前記円筒部材の軸方向への移動範囲が規定され、かつ、前記円筒部材が後退した際に前記弾性体に当接する面を有するフランジ部材とを有する
    ことを特徴とするカテーテル。
  2. 前記円筒部材は、前記フランジ部材の前記円筒部材の軸方向への移動範囲を規定するための一対のツバを有することを特徴とする請求項1に記載のカテーテル。
  3. 前記一対のツバにおける前記駆動部と接続する側に近い方を第1のツバ、他方を第2ツバと定義したとき、前記第2のツバが規定する面は、前記円筒部材の軸に対して直交する面から傾斜し、前記第1のツバと前記第2のツバとの距離は、前記突起部が設けられる周方向に規定される位置で最短となり、前記突起部が設けられる周方向の反対側の位置で最長となることを特徴とする請求項2に記載のカテーテル。
  4. 前記円筒部材、前記フランジ部材はPBT(ポリブチレンテレフタレート樹脂)、又は、POM(ポリオキシメチレン)で構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のカテーテル。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のカテーテルを有する光画像診断装置。
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