JP3974466B2

JP3974466B2 - Optical information collection probe

Info

Publication number: JP3974466B2
Application number: JP2002205565A
Authority: JP
Inventors: 佳寛小幡; 実松下; 章杉山; 哲也中村
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: JP2004045322A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いて被検体の光学的情報を収集する光学情報収集用プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、被検体の局所的な部位から選択的に光学的情報を取得することができる、あるいは、狭小な空間にも差し入れることができるなどの利点を有することから、種々の光学的装置においてプローブの一部として利用されている。特開平６−１６０２７２号公報に開示されている光断層イメージング装置は、そのような装置の一例である。この装置では、被検体内部に挿入する内視鏡の挿入部に、光コヒーレンス・トモグラフィ（Optical Coherence Tomography）による断層像観察のための光ファイバ束が備えられている。光ファイバ束では、内視鏡の挿入部の外周側に環状に光ファイバが並べられており、また、各光ファイバの先端部は、例えば外方に曲られ、そこから光が挿入部の放射方向に出入射するように構成されている。
【０００３】
各光ファイバには、低干渉性の光が順次入射される。入射された光は、光ファイバの先端から被検体、例えば人の消化器官等の体腔の壁部に照射される。前述のように、各光ファイバは外方に放射状に曲げられているので、各光ファイバから順に光を照射すると、体腔の壁部は実質的に環状に光で走査される。
【０００４】
被検体の壁部に照射された測定光のうち、組織表面および内部で反射された反射光の一部は再び光ファイバへ戻る。光断層イメージング装置は、各光ファイバに戻った反射光から被検体を輪切りにしたような形状の断層像を生成し、モニタに表示する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記光断層イメージング装置では、光ファイバ束を構成する各光ファイバの先端から環状に測定光を走査して断層像を得るので、被検体の環状の断層像を得ることができる。しかし、上記装置では、測定光が光ファイバ束の長手方向には走査されないので、得られる像は実質的に幅のない二次元的な像となる。より有用性の高い３次元的な像を得るためには、内視鏡の挿入部を体腔に沿って前後に微動させながら被検体の異なる位置で測定を繰り返さなければならないが、長い挿入部を体腔に沿って前後に微動させることは容易ではない。
そこで本発明は、上記のような問題を解決すべく、プローブ自体を移動させることなく、被検体の異なる位置から光学情報を取得できる光学情報収集プローブを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、先端部が湾曲してる光ファイバと、先端部の湾曲状態を調整する湾曲調整部とを備え、該湾曲調整部が、光ファイバの外周面を押圧することにより、先端部を弾性変形させて湾曲状態の調整を行う押圧部材と、押圧部材がその光ファイバを押圧する位置を調整する位置調整機構とを含むように構成されていることを特徴とする光学情報収集用プローブによって解決することができる。このような光学情報収集用プローブでは、光ファイバの湾曲状態を変えることにより、光ファイバの先端部が向いている位置を変えることができる。このため、光学情報収集用プローブ自体を移動させなくても、光ファイバの先端部が光学的情報を取得する被検体上の位置を変えることができる。
【０００７】
上記光学情報収集用プローブは、光学的情報を取得するための種々のプローブとして応用でき、光学情報収集用プローブを光コヒーレンス・トモグラフィによる断層像を得るためのプローブとしても使用することができる。この場合には、例えば、光コヒーレンス・トモグラフィによる被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、被検体に照射された測定光の反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出する干渉光検出部をさらにプローブに備える。そして、この干渉光検出部を光ファイバを介して被検体に測定光を照射し、かつ、反射光を取得するように光ファイバに接続する。
【０００８】
ここで、上記のように構成することにより、光ファイバの弾性を利用して光ファイバの湾曲している部位を曲げたり伸ばしたりするので、簡素な機構で光ファイバの湾曲状態を調整できる。なお、押圧部材を光ファイバに沿ってスライドさせることで、押圧部材が光ファイバを押圧する位置を調整することとすれば、プローブの外径を小さく抑制できる等の利益を得ることができる。
【０００９】
光学情報収集用プローブが含む光ファイバの個数は特に限定されず、１つでも、２以上であってもよい。本発明の一態様において、光学情報収集用プローブは複数の光ファイバを含み、それら光ファイバは少なくとも先端部近傍において円筒状に束ねられている。また、光ファイバの各々の先端部は、上記円筒の中心軸に対する放射方向に沿って湾曲している。このような構成の光学情報収集用プローブを腸などの体腔に挿入すると、その体腔の壁部の光学的情報をプローブを中心とする環状領域に沿って、プローブを回転させることなく測定することが可能になる。この場合、押圧部材として、内周側に前記複数の光ファイバを配置させている環状部材を用いることができる。このような環状部材を上記複数の光ファイバに沿ってスライドさせれば、それら複数の光ファイバの先端部を同時に押圧し湾曲状態を調整することができる。
【００１０】
なお、上記のように、光学情報収集用プローブが複数の光ファイバを備える場合には、各光ファイバに前述した干渉光検出部を別個独立に接続し、全ての光ファイバで同時に、光コヒーレンス・トモグラフィによる断層像を得るために必要な光学的情報を収集するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光学情報収集用のプローブについて説明する。
図１は、本実施形態に係るプローブ１００の構成を示す図である。なお、以下の説明では、図１の左側をプローブの前側（先端側）であるとして説明を行う。
本実施形態のプローブ１００は、胃腸等の消化器官その他の体腔内で、光コヒーレンス・トモグラフィ（以下、「ＯＣＴ」という）による生体表面下の断層像を得るために必要な光学的情報を収集するプローブである。
【００１２】
プローブ１００は、細長く柔軟な管状の部分であって体腔に挿入できる挿入部１０２を有する。挿入部１０２は、複数の光ファイバ１０４と、それら光ファイバ１０４の束をカバーするシース１０６とを備えている。光ファイバ１０４は、少なくとも先端部近傍において、挿入部１０２の長手方向の中心軸Ａをその中心軸とする円筒状に束ねられている。また、各光ファイバ１０４の先端部は挿入部１０２の外側を向くように、中心軸Ａに対する放射方向にそって湾曲している。
【００１３】
挿入部１０２の先端部近傍には、各光ファイバ１０４の先端部の湾曲状態を調整し、それにより、各光ファイバ１０４の先端部が光学的情報を取得する体腔内の位置（中心軸Ａに平行な方向における位置）を変える湾曲調整部１１０がさらに備えられている。
【００１４】
湾曲調整部１１０は、各光ファイバ１０４の湾曲部を押圧することで、その湾曲部を弾性変形させる押圧部材１１２と、その押圧部材１１２の中心軸Ａに沿った位置（円筒状に束ねられた光ファイバ１０４に沿った位置）を調整する位置調整機構１１４とを備えている。
【００１５】
本実施形態の場合、位置調整機構１１４は、２つの支持板１１６、１１８によりシース１０６の内周側に取り付けられた一種のカム機構を構成している。この位置調整機構１１４は、回転リング（カムリング）１２０と、この回転リング１２０に回転のための動力を与える牽引ワイヤ１２８とを備えている。
【００１６】
図２の斜視図に示すように、回転リング１２０は、２つのリード溝（カム溝）１２２、１２４を設けられた円筒状の部材である。２つのリード溝１２２、１２４は、一方が左巻きの螺旋状に、他方が右巻きの螺旋状に設けられている。回転リング１２０は、光ファイバ１０４の束がその内周側を通り抜けるように、かつ、中心軸Ａ回りに回転できるように支持板１１６、１１８により保持されている。
【００１７】
牽引ワイヤ１２８は、可撓性のある線材であり、シース１０６の内側を位置調整機構１１４から挿入部１０２の後端まで伸びている。牽引ワイヤ１２８の先端は、被牽引部材１３０に固定されている。被牽引部材１３０は、回転リング１２０の外周面にスライド可能に取り付けられている環状の部材である。
【００１８】
被牽引部材１３０の後端と支持板１１８との間には圧縮バネ１３２が配置されている。被牽引部材１３０は、この圧縮バネ１３２に押圧されて、通常は位置調整機構１１４の前端にある支持板１１６へ押し付けられている。牽引ワイヤ１２８を挿入部１０２の後端側へ引っ張ると、被牽引部材１３０も牽引ワイヤ１２８に引っ張られ、圧縮バネ１３２の弾性力に抗して回転リング１２０の外周面上を後方へ移動する。次に、牽引ワイヤ１２８を離すと、回転リング１２０は、圧縮バネ１３２に押されて再び回転リング１２０に沿って前方へ移動する。
【００１９】
なお、圧縮バネ１３２は、一端が支持部材１１８に接着固定されており、また、他端が被牽引部材１３０に接着固定されている。このため、被牽引部材１３０は、中心軸Ａ回りに回転することがなく、実質的にその運動を中心軸Ａに沿った前後移動に規制されている。
【００２０】
被牽引部材１３０の内周面には、ビス（カムピン）１３４が固定されており、そのビス１３４の頭部は、回転リング１２０の一方のリード溝１２２の中にスライド可能に配置されている。牽引ワイヤ１２８および圧縮バネ１３２の作用により回転リング１２０が前後に移動すると、ビス１３４は、リード溝１２４の中を前後に移動し、これにより回転リング１２０を中心軸Ａ回りに回転させる。
【００２１】
押圧部材１１２は、環状の部材であり、光ファイバ１０４の束と回転リング１２０の間に少なくとも一部が挟まれるように配置されている。押圧部材１１２と支持板１１８との間には、引っ張りバネ１３８が配置されている。引っ張りバネ１３８の両端は、それぞれ押圧部材１１２と支持板１１８とに接着固定されている。このため、押圧部材１１２も、被牽引部材１３０と同様に、中心軸Ａ回りに回転することができない。
【００２２】
押圧部材１１２の外周面にもビス（カムリング）１３６が固定されていおり、そのビス１３６の頭部は、回転リング１２０の他方のリード溝１２４の中にスライド可能に配置されている。回転リング１２０が被牽引部材１３０に駆動されて回転すると、ビス１３６がリード溝１２４の中をスライドし、その結果、押圧部材１１２が前後に移動する。
【００２３】
ここでリード溝１２４はもう一方のリード溝１２２と逆方向の螺旋状に設けられているので、リード溝１２２に沿った被牽引部材１３０の移動方向と、リード溝１２４に沿った押圧部材１１２の移動方向とは常に逆になる。すなわち、牽引ワイヤ１２８に引っ張られて被牽引部材１３０が後方（図１中右）へ移動するときは、押圧部材１１２は前方（図１中左）に移動する。一方、圧縮バネ１３２に押されて被牽引部材１３０が前方へ移動すると、押圧部材１１２は後方へ移動する。
【００２４】
図３は、牽引ワイヤ１２８が引っ張られ、回転リング１２０が回転したために、押圧部材１１２が前方へ移動した状態を示している。本実施形態では、押圧部材１１２の内周面が、円筒状に束ねられた光ファイバ１０４の外周面にほぼ接するように押圧部材１１２を形成し、配置している。押圧部材１１２が前方へ進むと、押圧部材１１２の先端が、外方に湾曲している各光ファイバ１０４の湾曲部に接触し、各光ファイバ１０４の先端部がより直線的になるようにこれを押圧する。この結果、各光ファイバ１０４の先端面の向き、ひいては、その先端面から光が射出する方向、あるいはその先端面に入射できる光の方向が変化する。つまり、プローブ１００では、押圧部材１１２を前後に移動させて各光ファイバ１０４の湾曲状態を調整することで、プローブ１００自体を移動させることなく、各光ファイバ１０４で光を照射できる位置、および、各光ファイバ１０４で光学的情報を取得できる被検体の位置を変えることができる。
【００２５】
図１に戻って、本実施形態のプローブ１００は、さらに、牽引ワイヤ１２８に接続されているワイヤ牽引部１５０と、各光ファイバ１０４の後端にそれぞれ一つずつ接続されている複数の干渉光検出部１７０と、ワイヤ牽引部１５０および干渉光検出部１７０とがコンピュータ等の外部機器と通信を行うための入出力インターフェイス２００とを備えている。
【００２６】
ワイヤ牽引部１５０は、入出力インタフェース２００を介して例えば制御用のコンピュータから受けたコマンドに従い、牽引ワイヤ１２８を牽引し、それにより、各光ファイバ１０４により光学的情報が取得される被検体上の位置を調整する部位である。また、干渉光検出部１７０は、光コヒーレンス・トモグラフィにより、被検体の断層像を得るための測定光および参照光を生成し、被検体に照射された測定光の反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉光の強度を検出するための部位である。
【００２７】
図４は、干渉光検出部１７０の構成を示す図である。干渉光検出部１７０は、第１および第２の光ファイバ１７２、１７４を備えている。第１および第２の光ファイバ１７２、１７４は、途中でＰＡＮＤＡカプラ１７６により互いに光学的に結合されている。第１の光ファイバ１７２の一端には、超高輝度発光ダイオード１７８（以下、「ＳＬＤ１７８」という）が備えられている。また、第１の光ファイバ１７２の他端は、光ファイバ１０４の一つとコネクタ１８０により光学的に接続されている。
【００２８】
ＳＬＤ１７８は、近赤外域の低干渉性光を第１の光ファイバ１７２に入射する光源である。入射された低干渉性光は、ＰＡＮＤＡカプラ１７６において第１および第２の光ファイバ１７２、１７４に等分に分配される。以下、第１および第２の光ファイバ１７２、１７４へ伝送された光をそれぞれ測定光および参照光と呼ぶこととする。
【００２９】
ＰＡＮＤＡカプラ１７６とコネクタ１８０との間において、第１の光ファイバ１７２の一部が圧電素子１８２に巻き付けられている。圧電素子１８２は、発振器１８４により励振され、それにより第１の光ファイバ１７２を伝搬する低干渉性光を変調する変調器として機能している。
【００３０】
第２の光ファイバ１７４の一端には、その端面から射出される光の強度を検出する光検出部１９０が備えられている。光検出部１９０としては例えばフォトダイオードが用いられている。第２の光ファイバ１７４の他端には、ミラー１８６が配置されている。ミラー１８６は、ＰＡＮＤＡカプラ１７６から第２の光ファイバ１７４へ導入され、第２の光ファイバ１７４の端面から射出される低干渉性光を反射し、再び第２の光ファイバ１７４に入射させる。ミラー１８６は、一次元ステージおよびその一次元ステージを駆動するステッピングモータ等を含む駆動機構１８８により、第２の光ファイバ１７４の端面に対向する方向に前後駆動される。このようにミラー１８６を前後駆動することにより、第２の光ファイバ１７４を伝搬する低干渉性光の光路長を変えることができる。
【００３１】
ＰＡＮＤＡカプラ１７６とミラー１８６の間における第２の光ファイバ１７４には、第２の光ファイバ１７４を巻くことにより形成された補償リング１９２がある。補償リング１９２は、第２の光ファイバの長さを、第１の光ファイバと、その第１の光ファイバに接続されている光ファイバ１０４とを合わせた長さに等しくするために形成されている。
【００３２】
前述したように、ＳＬＤ１７８から第１の光ファイバ１７２に入射された低干渉性光がＰＡＮＤＡカプラ１７６で第１の光ファイバ１７２を伝搬する測定光と、第２の光ファイバ１７４を伝搬する参照光とに分かれる。測定光は、圧電素子１８２において変調された後に、コネクタ１８０を介してプローブ１００の先端まで伸びる光ファイバ１０４に伝送される。さらに、測定光は、光ファイバ１０４の先端面から被検体、本実施形態の場合は体腔の壁部に照射される。照射された測定光は、被検体における細胞や組織などの屈折率境界において反射し、一部が再び光ファイバ１０４に入射する。再入射した測定光（反射光）は、さらに第１の光ファイバ１７２に戻り、一部がＰＡＮＤＡカプラ１７６で第２の光ファイバ１７４へ分配され、光検出部１９０に入射する。
【００３３】
一方、参照光は、第２の光ファイバ１７４の端部でミラー１８６により反射された後、再び第２の光ファイバ１７４に入射し、今度は、光検出部１９０へ向けて伝搬する。この結果、光検出部１９０に入射する光は、被検体で反射された測定光と、ミラー１８６で反射された参照光とが重なり合わさった光となる。ＳＬＤ１７８で発生する光は、可干渉距離が極めて短い低干渉性光であるため、測定光と参照光とは、それらが光検出部１９０に達するまで伝搬した光路長がほぼ等しくない限り干渉しない。したがって、ミラー１８６を移動させることで参照光の光路長を変化させつつ、光検出部１９０の検出結果の記録を取れば、被検体の深さ方向の構造を表すデータを得ることができ、さらにそのデータに基づいて被検体の断層像を生成することが可能になる。
【００３４】
干渉光検出部１７０は、上記のような断層像生成のためのデータを外部のコンピュータ等に送信するために、入出力インターフェイスを介して外部と通信できるマイクロプロセッサ１９６を備えている。このマイクロプロセッサ１９６は、ミラー１８６の位置決めを行う駆動機構１８８に接続されており、また、光検出部１９０ともロックインアンプ１９４を介して接続されている。
【００３５】
ロックインアンプ１９４の信号入力端には光検出部１９０の出力が入力されており、また、参照信号端には発振器１８４の駆動信号またはこれと同一位相の信号が入力されている。したがって、ロックインアンプ１９４は、光検出部１９０の出力のうち、圧電素子１８２により変調された測定光と同一位相の成分のみを抽出し、マイクロプロセッサ１９６に入力する。
【００３６】
マイクロプロセッサ１９６は、駆動機構１８８を制御して、予め定められている複数箇所にミラー１８６を順次位置決めする。そして、ミラー１８６が位置決めされるたびに、マイクロプロセッサ１９６はロックインアンプ１９４からの入力を例えば内蔵のＡ／Ｄコンバーターでデジタルデータに変換し、そのときのミラー１８６の位置を示す情報と共にこれを入出力インターフェース２００を介して外部のコンピュータに送信する。ミラー１８６の位置は、測定光が反射された被検体の深さ方向位置に対応しているので、外部のコンピュータは、マイクロプロセッサ１９６から送信された上記データに基づいて、被検体の深さ方向の構造に関するデータを得ることができる。
【００３７】
本実施形態では、複数の光ファイバ１０４の先端が環状に配列され、それぞれが放射方向外方を向くように湾曲されているので、各光ファイバ１０４に接続されている干渉光検出部１７０の各々から上記データが送信されると、外部のコンピュータは、それらデータから体腔を輪切りにしたような環状の断層像を生成することができる。また、本実施形態のプローブ１００では、各光ファイバ１０４に別個独立に干渉光検出部１７０が備えられており、各光ファイバ１０４による被検体からの光学的情報の収集を同時、平行して行うことができるので、一つの環状の断層像を生成するために必要なデータは、比較的短時間で取得され、外部コンピュータ等へ送信される。
【００３８】
図５は、ワイヤ牽引部１５０の構成を示す図である。ワイヤ牽引部１５０は、牽引ワイヤの後端を牽引するための部位である。
【００３９】
ワイヤ牽引部１５０は、牽引ワイヤ１２８の後端に接続されており牽引ワイヤ１２６を後方へ牽引する牽引機構１５６と、その牽引機構１５６の動作を制御する制御部１５４とを備えている。また、ワイヤ牽引部１５０は、牽引ワイヤ１２８を牽引する量（牽引量）と、光ファイバ１０４が光学的情報を収集する被検体の位置（測定位置）の対応関係を示す情報を格納しているメモリ１５２をも備えている。
【００４０】
メモリ１５２に格納される情報は、牽引量と測定位置との関係を示す方程式、あるいは、そのような方程式における比例定数であってもよいが、本実施形態では、図６に例示するように複数の牽引量（ｌ_１、ｌ_２、・・・・、ｌ_ｎ）と各々の牽引量に対応する測定位置（ｐ_１、ｐ_２、・・・・、ｐ_ｎ）とが対応付けられてメモリ１５２に格納されている。
【００４１】
なお、本実施形態において測定位置ｐは、図７に例示するように、光ファイバ１０４がもっとも湾曲しているときの先端面（の中心）の位置Ｏから見た、中心軸Ａに平行な方向における光ファイバ１０４の先端面（の中心）の位置を表す。
【００４２】
本実施形態のプローブ１００では、各光ファイバ１０４を用いて被検体に測定光を照射する前に、制御部１５４が入出力インターフェイス２００を介して外部コンピュータ等から測定位置ｐの指定を受ける。測定位置の指定を受けると、制御部１５４は指定された測定位置ｐをメモリ１５２内で検索し、その測定位置ｐに対応付けられている牽引量ｌを読み出す。次に制御部１５４は、読み出した牽引量ｌに相当する量だけ牽引ワイヤが牽引されるように牽引機構１５６を制御する。その結果、各光ファイバ１０４の先端面は、指定された測定位置ｐに位置決めされる。牽引ワイヤ１２８の牽引が終了すると、制御部１５４は、各干渉光検出部１７０のマイクロプロセッサ１９６へ、測定を許可するコマンドを送信する。この結果、各マイクロプロセッサ１９６は、前述した、被検体の断層像を生成するためのデータの収集を実行する。
【００４３】
本実施形態のプローブ１００では、上記のワイヤ牽引部１５０と干渉光検出部１７０の動作が、外部コンピュータ等の指示に従い、牽引ワイヤ１２８の牽引量を変えながら複数回行われる。これにより、プローブ１００は、プローブ自体を移動させることなく、中心軸Ａに沿った被検体の異なる複数箇所で、被検体の環状の断層像を得るための光学的情報を収集し、これを外部コンピュータ等に送信することができる。そして、外部コンピュータでは、被検体の表面下の構造を示す三次元画像を生成することができるようになる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プローブ自体を移動させることなく、被検体の異なる位置から光学的情報を取得できる光学情報収集プローブを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学情報収集プローブの構成を示す図である。
【図２】図１に示したプローブで用いられる回転リングの斜視図である。
【図３】図１に示したプローブにおいて、光ファイバの湾曲状態が変えられた様子を示す図である。
【図４】図１に示したプローブが備える干渉光検出部の構成図である。
【図５】図１に示したプローブが備えるワイヤ牽引部の構成図である。
【図６】図５に示したワイヤ牽引部が備えるメモリに格納されているデータ例を示す図である。
【図７】測定位置の定義例を示す模式図である。
【符号の説明】
１００プローブ
１０４光ファイバ
１１０湾曲調整部
１１２押圧部材
１１４位置調整機構
１２８牽引ワイヤ
１５０ワイヤ牽引部
１７０干渉光検出部[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an optical information collecting probe that collects optical information of a subject using an optical fiber.
[0002]
[Prior art]
The optical fiber has an advantage that it can selectively acquire optical information from a local region of the subject or can be inserted into a narrow space. Is used as a part of the probe. The optical tomographic imaging apparatus disclosed in JP-A-6-160272 is an example of such an apparatus. In this apparatus, an optical fiber bundle for tomographic image observation by optical coherence tomography is provided at an insertion portion of an endoscope that is inserted into a subject. In the optical fiber bundle, the optical fibers are arranged in a ring shape on the outer peripheral side of the insertion portion of the endoscope, and the tip portion of each optical fiber is bent outward, for example, from which light is emitted from the insertion portion. It is configured to enter and exit in the direction.
[0003]
Light having low coherence is sequentially incident on each optical fiber. The incident light is irradiated from the tip of the optical fiber to a subject, for example, a wall of a body cavity such as a human digestive organ. As described above, since each optical fiber is radially bent outward, when light is sequentially irradiated from each optical fiber, the wall portion of the body cavity is scanned with light in a substantially annular shape.
[0004]
Of the measurement light emitted to the wall of the subject, part of the reflected light reflected on the tissue surface and inside returns to the optical fiber again. Optical tomographic imaging apparatus generates the shape of the tomographic image such as sliced the subject from the reflected light returned to the optical fiber, is displayed on the monitor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the optical tomographic imaging apparatus, since the tomographic image is obtained by scanning the measurement light in an annular manner from the tip of each optical fiber constituting the optical fiber bundle, an annular tomographic image of the subject can be obtained. However, in the above apparatus, since the measurement light is not scanned in the longitudinal direction of the optical fiber bundle, the obtained image is a two-dimensional image having substantially no width. In order to obtain a more useful three-dimensional image, it is necessary to repeat the measurement at different positions of the subject while finely moving the insertion portion of the endoscope back and forth along the body cavity. that slightly moving back and forth along the body cavity easy is not Na.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical information collecting probe that can acquire optical information from different positions of a subject without moving the probe itself in order to solve the above-described problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problem includes an optical fiber having a curved distal end portion and a bending adjusting portion that adjusts the bending state of the distal end portion, and the bending adjusting portion presses the outer peripheral surface of the optical fiber, thereby elasticating the distal end portion. solving a pressing member which is deformed to adjust the bending state, the optical information collecting probe, characterized in that that is organized as pressing member and a position adjusting mechanism for adjusting the position for pressing the optical fiber can do. In such an optical information collecting probe, the position at which the tip of the optical fiber is directed can be changed by changing the bending state of the optical fiber. Therefore, the position on the subject where the tip of the optical fiber acquires optical information can be changed without moving the optical information collecting probe itself.
[0007]
The optical information collecting probe can be applied as various probes for acquiring optical information, and the optical information collecting probe can also be used as a probe for obtaining a tomographic image by optical coherence tomography. In this case, for example, the measurement light and the reference light for obtaining the tomographic image of the subject by optical coherence tomography are generated, and the reflected light of the measurement light irradiated on the subject is caused to interfere with the reference light. The probe further includes an interference light detector that detects the intensity of the interference light. Then, the interference light detection unit is connected to the optical fiber so that the subject is irradiated with the measurement light via the optical fiber and the reflected light is acquired.
[0008]
Here, by the structure described above, because by utilizing the elasticity of the optical fiber to bend or stretch a portion curved optical fiber can be adjusted a curved state of the optical fiber by a simple mechanism. If the position at which the pressing member presses the optical fiber is adjusted by sliding the pressing member along the optical fiber, it is possible to obtain a benefit that the outer diameter of the probe can be reduced.
[0009]
The number of optical fibers included in the optical information collecting probe is not particularly limited, and may be one or two or more. In one embodiment of the present invention, the optical information collecting probe includes a plurality of optical fibers, and the optical fibers are bundled in a cylindrical shape at least near the tip. Moreover, each front-end | tip part of an optical fiber is curving along the radial direction with respect to the central axis of the said cylinder. When the optical information collecting probe having such a configuration is inserted into a body cavity such as the intestine, the optical information of the wall of the body cavity can be measured along the annular region centered on the probe without rotating the probe. It becomes possible. In this case, an annular member in which the plurality of optical fibers are arranged on the inner peripheral side can be used as the pressing member. If such an annular member is slid along the plurality of optical fibers, the curved portions can be adjusted by simultaneously pressing the tips of the plurality of optical fibers.
[0010]
As described above, when the optical information collecting probe includes a plurality of optical fibers, the above-described interference light detection unit is separately connected to each optical fiber, and optical coherence Optical information necessary for obtaining a tomographic image by tomography may be collected.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a probe for collecting optical information according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a probe 100 according to the present embodiment. In the following description, the left side of FIG. 1 is described as the front side (tip side) of the probe.
The probe 100 according to the present embodiment collects optical information necessary for obtaining a tomographic image under the surface of a living body by optical coherence tomography (hereinafter referred to as “OCT”) in a digestive organ such as the gastrointestinal tract or other body cavities. Probe.
[0012]
The probe 100 is an elongated and flexible tubular portion having an insertion portion 102 that can be inserted into a body cavity. The insertion unit 102 includes a plurality of optical fibers 104 and a sheath 106 that covers a bundle of the optical fibers 104. The optical fiber 104 is bundled in a cylindrical shape with the central axis A in the longitudinal direction of the insertion portion 102 as the central axis at least near the tip. Further, the distal end portion of each optical fiber 104 is curved along the radial direction with respect to the central axis A so as to face the outside of the insertion portion 102.
[0013]
In the vicinity of the distal end portion of the insertion portion 102, the bending state of the distal end portion of each optical fiber 104 is adjusted, whereby the distal end portion of each optical fiber 104 acquires a position in the body cavity (on the central axis A). A curvature adjusting unit 110 that changes a position in a parallel direction is further provided.
[0014]
The bending adjustment unit 110 presses the bending portion of each optical fiber 104, thereby elastically deforming the bending portion, and a position along the central axis A of the pressing member 112 (bundled in a cylindrical shape). And a position adjusting mechanism 114 that adjusts the position along the optical fiber 104.
[0015]
In the case of this embodiment, the position adjusting mechanism 114 constitutes a kind of cam mechanism attached to the inner peripheral side of the sheath 106 by two support plates 116 and 118. The position adjusting mechanism 114 includes a rotating ring (cam ring) 120 and a pulling wire 128 that supplies the rotating ring 120 with power for rotation.
[0016]
As shown in the perspective view of FIG. 2, the rotating ring 120 is a cylindrical member provided with two lead grooves (cam grooves) 122 and 124. One of the two lead grooves 122 and 124 is provided in a left-handed spiral shape and the other is provided in a right-handed spiral shape. The rotating ring 120 is held by support plates 116 and 118 so that the bundle of optical fibers 104 can pass through the inner peripheral side and rotate around the central axis A.
[0017]
The pulling wire 128 is a flexible wire, and extends from the position adjustment mechanism 114 to the rear end of the insertion portion 102 inside the sheath 106. The tip of the pulling wire 128 is fixed to the pulled member 130. The pulled member 130 is an annular member that is slidably attached to the outer peripheral surface of the rotating ring 120.
[0018]
A compression spring 132 is disposed between the rear end of the pulled member 130 and the support plate 118. The towed member 130 is pressed by the compression spring 132 and is normally pressed against the support plate 116 at the front end of the position adjusting mechanism 114. When the pulling wire 128 is pulled toward the rear end side of the insertion portion 102, the pulled member 130 is also pulled by the pulling wire 128 and moves backward on the outer peripheral surface of the rotating ring 120 against the elastic force of the compression spring 132. Next, when the pulling wire 128 is released, the rotating ring 120 is pushed by the compression spring 132 and moves forward along the rotating ring 120 again.
[0019]
Note that one end of the compression spring 132 is adhesively fixed to the support member 118, and the other end is adhesively fixed to the pulled member 130. For this reason, the to-be-towed member 130 does not rotate around the central axis A, and its movement is substantially restricted to the back-and-forth movement along the central axis A.
[0020]
A screw (cam pin) 134 is fixed to the inner peripheral surface of the pulled member 130, and the head of the screw 134 is slidably disposed in one lead groove 122 of the rotating ring 120. When the rotating ring 120 moves back and forth by the action of the pulling wire 128 and the compression spring 132, the screw 134 moves back and forth in the lead groove 124, thereby rotating the rotating ring 120 around the central axis A.
[0021]
The pressing member 112 is an annular member, and is disposed so that at least a part is sandwiched between the bundle of optical fibers 104 and the rotating ring 120. A tension spring 138 is disposed between the pressing member 112 and the support plate 118. Both ends of the tension spring 138 are bonded and fixed to the pressing member 112 and the support plate 118, respectively. For this reason, the pressing member 112 cannot rotate around the central axis A, similarly to the pulled member 130.
[0022]
A screw (cam ring) 136 is also fixed to the outer peripheral surface of the pressing member 112, and the head of the screw 136 is slidably disposed in the other lead groove 124 of the rotating ring 120. When the rotating ring 120 is driven and rotated by the pulled member 130, the screw 136 slides in the lead groove 124, and as a result, the pressing member 112 moves back and forth.
[0023]
Here, since the lead groove 124 is provided in a spiral shape in the opposite direction to the other lead groove 122, the moving direction of the pulled member 130 along the lead groove 122 and the pressing member 112 along the lead groove 124 are arranged. The direction of movement is always the opposite. That is, when the pulled member 130 is pulled backward (right in FIG. 1) by being pulled by the pulling wire 128, the pressing member 112 is moved forward (left in FIG. 1). On the other hand, when the pulled member 130 moves forward by being pushed by the compression spring 132, the pressing member 112 moves backward.
[0024]
FIG. 3 shows a state where the pressing member 112 moves forward because the pulling wire 128 is pulled and the rotating ring 120 rotates. In the present embodiment, the pressing member 112 is formed and arranged so that the inner peripheral surface of the pressing member 112 is substantially in contact with the outer peripheral surface of the optical fiber 104 bundled in a cylindrical shape. When the pressing member 112 advances forward, the tip of the pressing member 112 comes into contact with the curved portion of each optical fiber 104 that curves outward, so that the tip of each optical fiber 104 becomes more linear. Press. As a result, the direction of the tip surface of each optical fiber 104, and hence the direction in which light exits from the tip surface, or the direction of light that can enter the tip surface changes. In other words, in the probe 100, by adjusting the bending state of each optical fiber 104 by moving the pressing member 112 back and forth, the position where the light can be emitted from each optical fiber 104 without moving the probe 100 itself, and The position of the subject from which optical information can be acquired by each optical fiber 104 can be changed.
[0025]
Returning to FIG. 1, the probe 100 according to the present embodiment further includes a wire pulling unit 150 connected to the pulling wire 128 and a plurality of interference lights respectively connected to the rear end of each optical fiber 104. The detection unit 170, the wire pulling unit 150, and the interference light detection unit 170 include an input / output interface 200 for communicating with an external device such as a computer.
[0026]
The wire pulling unit 150 pulls the pulling wire 128 in accordance with a command received from, for example, a control computer via the input / output interface 200, whereby the optical information is acquired by each optical fiber 104 on the subject. It is a part for adjusting the position. The interference light detection unit 170 generates measurement light and reference light for obtaining a tomographic image of the subject by optical coherence tomography, and interferes with reflected light of the measurement light irradiated on the subject with the reference light. This is a part for detecting the intensity of the obtained interference light.
[0027]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the interference light detection unit 170. The interference light detection unit 170 includes first and second optical fibers 172 and 174. The first and second optical fibers 172 and 174 are optically coupled to each other by a PANDA coupler 176 on the way. One end of the first optical fiber 172 is provided with an ultra-bright light emitting diode 178 (hereinafter referred to as “SLD 178”). Further, the other end of the first optical fiber 172 is optically connected to one of the optical fibers 104 by a connector 180.
[0028]
The SLD 178 is a light source that makes low-coherence light in the near infrared region incident on the first optical fiber 172. The incident low coherence light is equally distributed to the first and second optical fibers 172 and 174 by the PANDA coupler 176. Hereinafter, the light transmitted to the first and second optical fibers 172 and 174 will be referred to as measurement light and reference light, respectively.
[0029]
A part of the first optical fiber 172 is wound around the piezoelectric element 182 between the PANDA coupler 176 and the connector 180. The piezoelectric element 182 functions as a modulator that is excited by the oscillator 184 and thereby modulates low coherent light propagating through the first optical fiber 172.
[0030]
One end of the second optical fiber 174 is provided with a light detection unit 190 that detects the intensity of light emitted from the end face. For example, a photodiode is used as the light detection unit 190. A mirror 186 is disposed on the other end of the second optical fiber 174. The mirror 186 is introduced into the second optical fiber 174 from the PANDA coupler 176, reflects the low-coherence light emitted from the end face of the second optical fiber 174, and makes it incident on the second optical fiber 174 again. The mirror 186 is driven back and forth in a direction facing the end face of the second optical fiber 174 by a drive mechanism 188 including a one-dimensional stage and a stepping motor that drives the one-dimensional stage. Thus, by driving the mirror 186 back and forth, the optical path length of the low coherent light propagating through the second optical fiber 174 can be changed.
[0031]
The second optical fiber 174 between the PANDA coupler 176 and the mirror 186 has a compensation ring 192 formed by winding the second optical fiber 174. The compensation ring 192 is formed to make the length of the second optical fiber equal to the combined length of the first optical fiber and the optical fiber 104 connected to the first optical fiber. Yes.
[0032]
As described above, the low-coherence light incident on the first optical fiber 172 from the SLD 178 propagates through the first optical fiber 172 by the PANDA coupler 176 and the reference light propagates through the second optical fiber 174. And divided. The measurement light is modulated by the piezoelectric element 182 and then transmitted to the optical fiber 104 extending to the tip of the probe 100 through the connector 180. Furthermore, the measurement light is irradiated from the distal end surface of the optical fiber 104 to the subject, in this embodiment, the wall of the body cavity. The irradiated measurement light is reflected at the refractive index boundary of the subject such as cells and tissues, and part of the light is incident on the optical fiber 104 again. The re-entered measurement light (reflected light) further returns to the first optical fiber 172, and a part thereof is distributed to the second optical fiber 174 by the PANDA coupler 176 and enters the light detection unit 190.
[0033]
On the other hand, the reference light is reflected by the mirror 186 at the end of the second optical fiber 174, then enters the second optical fiber 174 again, and this time propagates toward the light detection unit 190. As a result, the light incident on the light detection unit 190 is light in which the measurement light reflected by the subject and the reference light reflected by the mirror 186 are overlapped. Since the light generated in the SLD 178 is low-coherence light having a very short coherence distance, the measurement light and the reference light do not interfere unless the optical path lengths propagated until they reach the light detection unit 190 are substantially equal. Therefore, by recording the detection result of the light detection unit 190 while changing the optical path length of the reference light by moving the mirror 186, data representing the structure in the depth direction of the subject can be obtained. A tomographic image of the subject can be generated based on the data.
[0034]
The interference light detection unit 170 includes a microprocessor 196 that can communicate with the outside via an input / output interface in order to transmit data for generating a tomographic image as described above to an external computer or the like. The microprocessor 196 is connected to a drive mechanism 188 that positions the mirror 186, and is also connected to the light detection unit 190 via a lock-in amplifier 194.
[0035]
The output of the light detection unit 190 is input to the signal input terminal of the lock-in amplifier 194, and the drive signal of the oscillator 184 or a signal having the same phase as that is input to the reference signal terminal. Therefore, the lock-in amplifier 194 extracts only the component having the same phase as the measurement light modulated by the piezoelectric element 182 from the output of the light detection unit 190 and inputs the extracted component to the microprocessor 196.
[0036]
The microprocessor 196 controls the drive mechanism 188 to sequentially position the mirrors 186 at a plurality of predetermined positions. Each time the mirror 186 is positioned, the microprocessor 196 converts the input from the lock-in amplifier 194 into digital data using, for example, a built-in A / D converter, and converts this into information along with information indicating the position of the mirror 186 at that time. The data is transmitted to an external computer via the input / output interface 200. Since the position of the mirror 186 corresponds to the position in the depth direction of the subject from which the measurement light is reflected, the external computer can determine the depth direction of the subject based on the data transmitted from the microprocessor 196. Data on the structure of
[0037]
In the present embodiment, the tips of the plurality of optical fibers 104 are arranged in an annular shape and are curved so as to face outward in the radial direction. Therefore, each of the interference light detectors 170 connected to each optical fiber 104 is provided. When the data is transmitted from the external computer, the external computer can generate an annular tomographic image in which the body cavity is cut from the data. In the probe 100 of this embodiment, each optical fiber 104 is provided with the interference light detection unit 170 separately and independently, and optical information is collected from the subject by each optical fiber 104 simultaneously and in parallel. Therefore, data necessary for generating one annular tomographic image is acquired in a relatively short time and transmitted to an external computer or the like.
[0038]
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the wire pulling unit 150. The wire pulling unit 150 is a part for pulling the rear end of the pulling wire.
[0039]
The wire pulling unit 150 includes a pulling mechanism 156 that is connected to the rear end of the pulling wire 128 and pulls the pulling wire 126 backward, and a control unit 154 that controls the operation of the pulling mechanism 156. Further, the wire pulling unit 150 stores information indicating a correspondence relationship between the amount of pulling the pulling wire 128 (pulling amount) and the position (measurement position) of the subject from which the optical fiber 104 collects optical information. A memory 152 is also provided.
[0040]
The information stored in the memory 152 may be an equation indicating the relationship between the pulling amount and the measurement position, or a proportional constant in such an equation. In the present embodiment, a plurality of information is used as illustrated in FIG. the amount of traction _{_{(l 1, l 2, ····}} , l n) and the measured position corresponding to each of the pulling amount _{_{(p 1, p 2, ····}} , p n) and a is associated with the memory 152 is stored.
[0041]
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the measurement position p is a direction parallel to the central axis A as seen from the position O of the tip surface (center) when the optical fiber 104 is most curved. The position of the front end surface (center) of the optical fiber 104 in FIG.
[0042]
In the probe 100 of this embodiment, the control unit 154 receives a measurement position p from an external computer or the like via the input / output interface 200 before irradiating the subject with measurement light using each optical fiber 104. When receiving the designation of the measurement position, the control unit 154 searches the memory 152 for the designated measurement position p, and reads the pulling amount l associated with the measurement position p. Next, the control unit 154 controls the traction mechanism 156 so that the traction wire is pulled by an amount corresponding to the read traction amount l. As a result, the tip surface of each optical fiber 104 is positioned at the designated measurement position p. When the pulling of the pulling wire 128 is completed, the control unit 154 transmits a command for permitting measurement to the microprocessor 196 of each interference light detection unit 170. As a result, each microprocessor 196 executes the above-described data collection for generating a tomographic image of the subject.
[0043]
In the probe 100 of this embodiment, the operations of the wire pulling unit 150 and the interference light detection unit 170 are performed a plurality of times while changing the pulling amount of the pulling wire 128 according to an instruction from an external computer or the like. As a result, the probe 100 collects optical information for obtaining an annular tomographic image of the subject at a plurality of different locations along the central axis A without moving the probe itself, It can be sent to a computer or the like. The external computer can generate a three-dimensional image showing the structure below the surface of the subject.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical information collecting probe that can acquire optical information from different positions of a subject without moving the probe itself.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical information collecting probe according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a rotary ring used in the probe shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the bending state of the optical fiber is changed in the probe shown in FIG. 1;
4 is a configuration diagram of an interference light detection unit provided in the probe shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of a wire pulling unit included in the probe shown in FIG. 1;
6 is a diagram illustrating an example of data stored in a memory included in the wire pulling unit illustrated in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a definition example of a measurement position.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Probe 104 Optical fiber 110 Bending adjustment part 112 Press member 114 Position adjustment mechanism 128 Pulling wire 150 Wire pulling part 170 Interference light detection part

Claims

An optical fiber having a curved tip,
A bending adjustment unit that adjusts the bending state of the tip so that the position on the subject from which the tip of the optical fiber acquires optical information changes;
Equipped with a,
The bending adjustment unit adjusts a pressing member that adjusts the bending state by elastically deforming the distal end portion by pressing the outer peripheral surface of the optical fiber, and a position at which the pressing member presses the optical fiber. Position adjustment mechanism to
A probe for collecting optical information , comprising:

Interference light obtained by generating measurement light and reference light for obtaining a tomographic image of the subject by optical coherence tomography, causing the reflected light of the measurement light irradiated on the subject to interfere with the reference light An interference light detection unit for detecting the intensity of the interference light detection unit connected to the optical fiber, irradiating the subject with the measurement light via the optical fiber, and acquiring the reflected light The optical information collecting probe according to claim 1, further comprising:

The said position adjustment mechanism adjusts the position where the said pressing member presses the said optical fiber by sliding the said pressing member along the said optical fiber, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Optical information collection probe.

The optical fiber is a plurality of optical fibers bundled in a cylindrical shape at least near the tip,
Each tip of the optical fiber is curved along a radial direction with respect to the central axis of the cylinder,
The pressing member is an annular member in which the plurality of optical fibers are arranged on the inner peripheral side, and slides along the plurality of optical fibers to simultaneously press and bend the tip portions of the plurality of optical fibers. The probe for collecting optical information according to any one of claims 1 to 3, wherein the state is adjusted.

It is obtained by generating measurement light and reference light for obtaining a tomographic image of a subject by optical coherence tomography, and interfering with the reference light with reflected light obtained as a result of irradiating the measurement light on the subject. A plurality of interference light detectors for detecting the intensity of the interference light,
The plurality of optical fibers are connected to different interference light detection units, respectively.
The interference light detection unit irradiates the subject with the measurement light via the optical fiber, and receives the reflected light. Optical information collection probe.