JP2020127719A - 内視鏡プローブ用の窓アセンブリ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2019年1月31日に提出された米国仮出願第62/799146号に対する優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図1Aは、本開示の内視鏡窓アセンブリが実施され得る例示のイメージングシステムを示す。図1Bは、反射された照明光が検出ファイバに到達し得る内視鏡窓アセンブリを示す。より具体的には、図1Aは、本開示の発明を実施することのできる例示の医用イメージングシステム100を示す。医用イメージングシステム100は、イメージングコンソール110及び光プローブ120(例えばSEE内視鏡)を含む。患者インタフェースユニット(PIU)130は、ケーブル束106を用いて、光プローブ120をイメージングコンソール110に接続する。イメージングコンソール110は、とりわけ、コンピュータカート102及び1つ以上のディスプレイ104を含む。光プローブ120は、例えば、光ファイバベースの内視鏡124及び内視鏡ハンドル122を含んでよい。内視鏡ハンドル122は、一端でPIU130と、他端で内視鏡124と、取外し可能に係合する。内視鏡124は、その遠位端に遠位光学アセンブリ150を含み、遠位光学アセンブリ150は、サンプルを光で照明する照明光学系と、サンプルからの光(反射光、散乱光及び/又は放射光)を収集する検出光学系とを含む。
図2Aは、本開示による、例示の窓アセンブリ200の第1の実施形態を示す。図2Aに示されるように、内視鏡は、同心円状に配置された回転可能なドライブケーブル202、内側シース204、保護金属缶206及び保護外側シース210を有する。第1の光ファイバ201及び遠位光学系203(GRINレンズ、スペーサ、回折格子及び/又はプリズム若しくはミラーを含む)は、ドライブケーブル202内に配置される。複数の第2の光ファイバ208a及び208bは、金属缶206と保護外側シース210との間に配置される。光学窓212は、ドライブケーブル202及び内側シース204の遠位端に配置される。ドライブケーブル202の遠位端から、その内部の第1の光ファイバ201及び遠位光学系203は、光ビーム214をイメージング面に導くか、又は、イメージング面に位置するサンプルからの光(反射、散乱かつ/又は放射された)を収集する。いずれの場合も、ドライブケーブル202が回転方向160に回転する間に、光ビーム214は光学窓212を透過する。
図5は、溝付き缶設計500を示す。図5に示されるように、溝付き缶設計500は管状シャフト504を含み、管状シャフト504は、溝511によって機械加工又はエッチング処理された円筒状の外表面と、ノッチ部514によって機械加工又はエッチング処理された円筒状の内表面とを有する。溝511は、検出ファイバ(図示せず)を受け入れるように構成及び寸法決めされ、内表面のノッチ部514は、窓(図示せず)を受け入れるように構成及び寸法決めされる。溝は高い精度で具体的なサイズに機械加工することができるので、検出ファイバは、正確な位置合せと固定のために、溝511に位置するように配置することができる。管状シャフト504は、その遠位端に、ノッチ515を形成するために穿孔された内径の一部と、窓を受け入れる設表面513とを含む。一部の実施形態では、管状シャフト504は、医療グレードの金属又は金属合金(例えばステンレス鋼、コバルトベースの合金、チタン又はチタン合金)から作られた金属管であってよく、溝511は、金属管の外表面上に機械加工又はエッチング処理することができる。一部の実施形態では、管状シャフト504は、医療グレードの頑丈なプラスチックから作られたプラスチック管であってよく、溝511は、プラスチック管の外表面に機械加工又はエッチング処理することができる。一部の実施形態では、特に医療グレードのプラスチック材料を用いる場合、溝511は、積層造形(3Dプリンティング)のプロセスによって形成されてよく、材料は、コンピュータ制御下で層ごとに接合又は凝固されて、ノッチ515を備えた管状シャフト504全体と、所望の寸法と形状を備えた設置表面513が作製される。
スペクトル符号化内視鏡検査(SEE)用途では、イメージングプローブは、スピンする照明コアを収容する内側シースを用いる。この場合、内側シースは、照明コアである回転ドライブケーブル(又はトルクワイヤコイル)を収容する。可撓性のドライブケーブルは、プローブの近位端にあるモータから、その遠位端にある遠位光学系に回転トルクを伝達するように働く。回転に加えて、可撓性のドライブケーブルは、ドライブケーブルの近位端を押すか引くことにより、内視鏡又はカテーテルが使用される体腔内において遠位光学系の直線平行移動を実現するようにも働く。したがって、回転トルクを伝達し、直線平行移動を提供する必要があるので、ドライブシャフトに一定の剛性をもたせて、管状シャフトが変形したり押し潰されたりするのを防ぐ必要がある。
検出ファイバの選択及び配置は、内視鏡窓を組み立てる上で重要な側面である。SEEスコープの内側シースの外径に配置される検出ファイバの数は、用途の光学要件によって決定される。サンプルからの光を収集して画像を形成するには、最低1本の検出ファイバが必要である。検出ファイバが増えるほど、収集される光の量が増え、より高い品質の画像が作成される。また、検出ファイバが増えるほど、組立時間が長くなり、取り扱い、位置合せ、切断及び研磨の困難さが増す。検出ファイバの数が増えると、材料の量と組立てコストも増加する。直径:ファイバの直径が大きいほどより多くの光を集めることができるが、これにより、スコープの全径が大きくなる。対照的に、小さな直径のファイバは、より繊細で扱いにくい。一実施形態において、SEEスコープの検出ファイバは、直径が30μm〜120μmの範囲であってよい。
例示の窓組立プロセスは、以下のステップを含む。
窓自体を製造することができる方式には、様々なものがある。一部の実施形態では、窓要素は、ガラス、シリカ、サファイア、石英等の一般的な光学的に透明な材料から形成することができる。他の実施形態では、図7A及び図7Bに関して上記の方式において、医療グレードの熱可塑性物質のシリンダ(例えばPEBAX(登録商標)(Arkema S.A.から入手可能))を金属管又はシースの内径に挿入し、機械加工することができる。
当業者には当然のことながら、窓及び検出ファイバを金属缶又は内側シースとともに組み立てる方式は、上記の例示的なプロセスに限定されない。他のいくつかのプロセスが利用可能であり、本明細書に開示される窓アセンブリの形成に適用可能であり、適応可能である。その点で、少なくとも以下の組立て選択肢を適用することができる。
エポキシ組立プロセスは、以下のステップを含む。
窓及び検出ファイバを金属管に組み立てるためにレーザ及びエポキシを用いるプロセスは、エポキシ組立てのプロセスと同様である。しかしながら、レーザ溶接には、エポキシ材料の使用と比べていくつかの利点があるので、金属管の端面に窓を取り付けるステップは、レーザ溶接で行うことが好ましい。レーザ溶接の利点のひとつは、接着又は結合とは対照的に、蒸発や脆化の影響を受けやすい追加の材料が不要であることである。つまり、コストが削減され、継ぎ目の耐久性と安定性が向上する。したがって、レーザ及びエポキシの組立てプロセスでは、以下のステップが考えられる。
第1:レーザ溶接機器内で、窓(有芯スライドガラス又はガラス棒)を金属缶に取付具+位置合せし、金属缶の外表面に検出ファイバを配置する。
超音波溶接(USW)は、圧力下で一緒に保持されているワークピースに高周波超音波音響振動を局所的に適用して固体溶接を作製する産業用溶接技術である。プラスチック、特に異種材料の接合に一般に用いられ、薄い金属もUSWによって溶接することができる。超音波溶接では、材料を一緒に結合するために必要な連結はんだ付け材料はない。医療業界では、汚染物や劣化を溶接に入り込ませず、溶接部品の生体適合性を妨げないので、超音波溶接がよく使用される。これにより、汚染が防がれ、感染のリスクが低下する。本開示で検討されている透明(ガラス)窓と検出ファイバを金属管(金属缶)に組み立てる方法は、図3A、図3B及び図4A〜4Eにされるように、例えばFeshの米国特許第3563822号とSoloffらの米国特許第3224916号に記載されているような超音波溶接技術を利用することができる。
説明に言及する際、開示する例を完全に理解できるようするために、具体的な詳細が記載される。他の例では、本開示を不必要に長くしないように、周知の方法、手順、コンポーネント及び回路は、詳細には説明されない。本明細書において別段の定義がされない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本発明の広さは、本明細書によって限定されるのではなく、むしろ、採用される特許請求の範囲の用語の平易な意味によってのみ限定される。
第1:レーザ溶接機器内で、窓(有芯スライドガラス又はガラス棒)を金属缶に取付+位置合せし、金属缶の外表面に検出ファイバを配置する。
Claims (24)
- 中心縦軸に沿って近位端から遠位端へ延びる円筒状通路を有する管状シャフトと、
前記円筒状通路に沿って配置され、前記管状シャフト内部で前記中心縦軸を中心に回転するように構成された第1の光学系と、
前記管状シャフトの前記遠位端を少なくとも部分的に囲むように配置された第2の光学系と、
前記管状シャフトの前記遠位端に配置された、ほぼ平行な近位表面及び遠位表面を有する窓と、を備え、
前記第1の光学系又は前記第2の光学系の一方は、照明光をサンプルに向かって導くように構成された照明光学系を含み、前記第1の光学系又は前記第2の光学系の他方は、前記サンプルからの反射光、散乱光及び/又は放射光を収集するように構成された検出光学系を含み、
前記窓は、前記窓の1つ以上の表面から反射された反射照明光が前記検出光学系に到達するのを防ぐように、前記管状シャフト内部の回転可能な前記第1の光学系のみを覆い封止するように配置される、
内視鏡プローブ。 - 前記第1の光学系は前記照明光学系であり、前記第2の光学系は前記検出光学系であり、
前記照明光学系は、前記窓を通して前記サンプルに向かって前記照明光を導くように構成される、
請求項1に記載の内視鏡プローブ。 - 前記第1の光学系は前記検出光学系であり、前記第2の光学系は前記照明光学系であり、
前記検出光学系は、前記サンプルからの前記反射光、散乱光及び/又は放射光を、前記窓を通して収集するように構成される、
請求項1に記載の内視鏡プローブ。 - 前記検出光学系は、前記管状シャフトの外表面上に配置された少なくとも1つの検出光ファイバを含み、
前記照明光学系は、前記管状シャフトと同心の回転可能なドライブケーブル内に配置され、
前記照明光学系によって導かれ前記窓の前記1つ以上の表面で部分的に反射された前記照明光が、前記少なくとも1つの検出光ファイバの遠位端に到達しないように、前記窓は、前記少なくとも1つの検出光ファイバの光路に干渉することなく、前記円筒状通路内部の前記回転可能なドライブケーブルと前記照明光学系とを封止する、
請求項2に記載の内視鏡プローブ。 - 前記照明光学系は、前記管状シャフト内部で回転する光ファイバ及び遠位光学系を含み、
前記管状シャフトは、少なくとも前記遠位光学系を包囲する金属シリンダを含み、
前記窓は、前記金属シリンダの遠位端において前記金属シリンダの内径に適合するように構成された透明材料の円形片を含む、
請求項2に記載の内視鏡プローブ。 - 前記窓の直径は0.3〜2mmの範囲であり、厚さは100〜200ミクロンの範囲であり、
前記窓は、レーザ溶接、超音波溶接又は接着剤のうちの1つ以上によって、前記金属シリンダの遠位端において前記金属シリンダの内表面に固着される、
請求項5に記載の内視鏡プローブ。 - 前記金属シリンダは、その遠位端にカウンタボア部を有し、その近位端に非カウンタボア部を有するスロット付きシリンダであり、
前記カウンタボア部の内径は前記非カウンタボア部の直径よりも大きく、前記窓は、前記窓の前記近位表面がカウンタボアリップに対して固着して位置するように、前記非カウンタボア部まで進むことなく前記カウンタボア部内に適合するように寸法決めされた直径を有する、
請求項5に記載の内視鏡プローブ。 - 前記金属シリンダの前記遠位端が前記近位端に向かって巻き返され又は押し戻されて、前記金属シリンダの前記遠位端が内側に前記近位端に向かって折り返されて、前記カウンタボア部に座面を形成するように、前記金属シリンダは可鍛性の金属材料から作製され、前記座面は前記窓の前記近位表面を受けるように構成される、
請求項7に記載の内視鏡装置。 - 前記金属シリンダは前方穿孔部を含み、前記前方穿孔部は、前記窓の前記遠位表面をその中に受け入れるように構成された円筒形リップを形成するように、前記金属シリンダの近位端から遠位端まで、前記遠位端に到達することなく延び、
前記前方穿孔部の直径は、前記円筒状リップの直径よりも大きく、
前記窓は、前記近位端から前記遠位端に向かって挿入され、前記窓は、前記前方穿孔部の前記円筒状リップ及び前記内径にレーザ溶接又は結合される、
請求項5に記載の内視鏡プローブ。 - 前記管状シャフトは、可撓性エラストマー材料から作られた円筒状シースを含み、前記円筒状シースは、前記円筒状シースの内表面と外表面の間に埋め込まれた金属ワイヤを含む、
請求項1に記載の内視鏡プローブ。 - 前記金属ワイヤは、前記円筒状シースの前記可撓性エラストマー材料内にコイリング又は編組されたフラットワイヤであり、
前記窓は、レーザ溶接又は超音波溶接又は接着材料による結合のいずれかによって、前記エラストマー材料が除去された前記円筒状シースの前記フラットワイヤの部分に接合される、
請求項10に記載の内視鏡プローブ。 - 前記窓は、レーザ溶接又は超音波溶接又は接着材料による結合のいずれかによって、前記円筒状シースの前記エラストマー材料に接合される、
請求項10に記載の内視鏡プローブ。 - 前記検出光学系は、複数の検出光ファイバを含み、
前記管状シャフトは、近位端から遠位端へ延びる内表面及び外表面を有する円筒管を含み、
前記円筒管は、その外表面に形成された複数の溝を含み、
前記複数の溝の各溝は、前記管状シャフトの前記中心縦軸にほぼ平行に延び、前記複数の検出光ファイバのうちの少なくとも1つをその中に受け入れるように構成される、
請求項2に記載の内視鏡プローブ。 - 前記円筒管の前記内表面は、前記遠位端にスロット部を有し、その前記近位端に非スロット部を有し、
前記円筒管の前記スロット部の内径は、前記非スロット部の内径よりも大きく、
前記窓の前記近位表面が、円筒状ノッチ又はリップに当接する前記スロット部に位置するように、前記窓の直径は、前記非スロット部に進むことなく前記スロット部に適合するように構成される、
請求項13に記載の内視鏡プローブ。 - 前記検出光学系は、複数の検出光ファイバを含み、
前記複数の検出光ファイバの遠位端が前記管状シャフトの前記遠位端と面一になり、前記窓の前記遠位表面と面一になるように、前記複数の検出光ファイバは、レーザ溶接又は超音波溶接又は接着材料による結合のいずれかによって、前記管状シャフトの前記外表面に接合され、
前記照明光学系は、前記管状シャフトに関して回転する回転可能なドライブケーブル内に、近位端から遠位端に向かってこの順序で配置された照明光ファイバ、集束要素及び回折要素を含む、
請求項2に記載の内視鏡プローブ。 - 前記窓は、ガラス、シリカ、サファイア、石英又は医療グレードの熱可塑性物質から選択される光学的に透明な材料から作られた円形の窓であり、
前記窓が前記中心縦軸に垂直になるように、前記窓は、前記管状シャフトの前記遠位端において前記円筒状通路の内部に配置される、
請求項1に記載の内視鏡プローブ。 - 前記管状シャフトは、前記窓の前記遠位表面の円形縁部に対して巻かれた遠位端を有する金属管を含む、
請求項16に記載の内視鏡プローブ。 - 前記管状シャフトは、圧縮シールのプロセスにより、前記円形窓の円周表面に対して圧着された内表面を有する金属管を含む、
請求項16に記載の内視鏡プローブ。 - 中心縦軸に沿って近位端から遠位端へ延びる円筒状通路を有する管状シャフトの内部に、第1の光学系を配置するステップと、
前記管状シャフトの前記遠位端を少なくとも部分的に囲むように第2の光学系を配置するステップと、
前記管状シャフトの前記遠位端に、ほぼ平行な近位表面及び遠位表面を有する窓を配置するステップと、を含み、
前記第1の光学系は、前記円筒状通路内部で前記中心縦軸を中心に回転するように構成され、
前記第1の光学系又は前記第2の光学系の一方は、照明光をサンプルに向かって導くように構成された照明光学系を含み、前記第1の光学系又は前記第2の光学系の他方は、前記サンプルからの反射光、散乱光及び/又は放射光を収集するように構成された検出光学系を含み、
前記窓は、前記窓の1つ以上の表面から反射された反射照明光が前記検出光学系に到達するのを防ぐように、前記円筒状通路内部に配置された回転可能な前記第1の光学系のみを覆い封止するように配置される、
内視鏡プローブを組み立てる方法。 - 前記第1の光学系は前記照明光学系であり、前記第2の光学系は前記検出光学系であり、
前記第1の光学系を配置することは、前記窓を通して前記サンプルに向かって前記照明光を導くように前記照明光学系を配置することを含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記第1の光学系は前記検出光学系であり、前記第2の光学系は前記照明光学系であり、
前記第1の光学系を配置することは、前記サンプルからの前記反射光、散乱光及び/又は放射光を、前記窓を通して収集するように前記検出光学系を配置することを含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記検出光学系を配置することは、前記1つ以上の検出光ファイバの遠位端が前記管状シャフトの遠位端と面一になるように、前記管状シャフトの前記外表面に1つ以上の検出光ファイバを配置することを含み、
前記窓を配置することは、前記窓の前記遠位表面が前記管状シャフトの遠位端と面一になり、前記光ファイバの遠位端と面一になるように、前記管状シャフトの前記円筒状通路の内部に前記窓によって前記照明光学系を封止することを含み、
前記窓は、前記1つ以上の検出光ファイバの収集光路に干渉しない、
請求項20に記載の方法。 - 前記管状シャフト内に前記照明光学系を配置することは、前記管状シャフトに関して回転するように構成された回転ドライブケーブルの内部に前記照明光学系を配置することを含み、
前記管状シャフトの前記遠位端に前記窓を配置することは、前記管状シャフトを形成し前記回転ドライブケーブルと同心である金属シリンダの内径に前記窓を配置することを含む、
請求項20に記載の方法。 - 前記管状シャフト内に前記照明光学系を配置することは、前記管状シャフトに関して回転するように構成された回転ドライブケーブルの内部に前記照明光学系を配置することを含み、
前記管状シャフトの前記遠位端に前記窓を配置することは、前記管状シャフトを形成し前記回転ドライブケーブルと同心であるエラストマー滑性シートの内径に前記窓を配置することを含む、
請求項20に記載の方法。
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