JP4481098B2 - 生体観察装置 - Google Patents

Description

この発明は、生体を生きたまま（in vivo）観察する生体観察装置に関するものである。

従来、生体内部組織の状態を観察する装置として、医療用マニピュレータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この医療用マニピュレータ装置は、例えば、腹壁等の体壁に、外科的に挿入孔を開けて、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入し、体腔内の観察および処置を行うものである。
特開平８−２１５２０５号公報（第２頁等）

しかしながら、このような従来のマニピュレータ装置は、切開により、体壁あるいは体腔に挿入孔を形成した後に、形成された挿入孔にトラカールを配置し、そのトラカールによって開口状態に保持された挿入孔を介して、体壁あるいは体腔内に内視鏡や処置具を挿入する形式のものである。したがって、内視鏡観察に先立って外科的な切開作業が必要であるとともに、切開作業に必要な器具を用意する必要がある。

また、マウスやラットのような実験小動物の生体内や、比較的細い血管内部の観察を行いたい場合には、観察対象自体が小さいために、切開により形成した挿入孔にトラカールを配置する方式をとることが困難な場合がある。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、生体内部の微細な観察対象部位を観察することが可能な生体観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、該光源からの光を伝播して先端面から観察対象部位に照射し、観察対象部位から戻る戻り光を先端面において受光して伝播する、可撓性を有する光伝達部材と、該光伝達部材を長手方向に沿って配置した細長い挿入部と、前記光伝達部材により挿入部内を伝播されてきた生体組織からの戻り光を検出する光検出器とを備え、前記光伝達部材の先端面を露出する前記挿入部の先端面が、長手方向に対して斜めに切断された形態を備えるとともに、その先端に生体組織に切込み可能な尖鋭部を備え、前記挿入部の外面の少なくとも一部に、長手方向に沿う溝が形成されている生体観察装置を提供する。

本発明によれば、光源からの光を伝播する光伝達部材の先端面が、長手方向に対して斜めに切断された形態を有する挿入部の先端面に露出するので、長手方向に対して斜め前方に配される観察対象部位を観察することが可能となる。この場合に、挿入部の先端面に設けた尖鋭部により、生体組織に切り込んで、内部に配される観察対象部位に光伝達部材の先端面を配置することができる。また、光伝達部材は、可撓性を有しているので、切り込む生体組織の形態に合わせて任意に湾曲させて挿入することができる。
この状態で、光源を作動させて、光源からの光を先端面から観察対象部位に照射し、観察対象部位から戻る戻り光を先端面において受光する。受光された戻り光は光伝達部材を伝播して戻り、光検出器により検出される。すなわち、本発明によれば、切開用の特別な器具を用意することなく、生体組織内部に配されている観察対象部位まで光伝達部材の先端面を到達させて観察を行うことができる。

また、血管のように細い体腔内に挿入部を挿入する場合には、挿入部が細い血管を押し広げて挿入される結果、血管が閉塞して血流を阻害することが考えられるが、本発明によれば、挿入部の外面の少なくとも一部に形成された溝により、血液が溝に沿って長手方向に流れ、血流が確保される。その結果、実験小動物等の生体を生きたまま観察する場合に、生体に与える負担を軽減することができる。

上記発明においては、前記光伝達部材が、複数のコアを有する光ファイバ束からなり、光源からの光を走査する光走査部と、該光走査部により走査された光を前記光伝達部材に集光する集光手段とを備えることとしてもよい。
このようにすることで、光走査部の作動により、光源からの光が走査され、集光手段の作動により光伝達部材を構成する光ファイバ束の各コアに集光される。光伝達部材の先端面からは、走査された光が、先端面に対向配置されている観察対象部位に向けて出射され、観察対象部位を所定範囲にわたる観察を行うことが可能となる。

また、上記発明においては、前記挿入部の先端を湾曲させる先端湾曲手段を備えることとしてもよい。先端湾曲手段の作動により、挿入部の先端を湾曲させて、挿入進行方向を調節し、観察対象部位に対して正確に光伝達部材の先端面を配置することが可能となる。

また、上記発明においては、前記先端湾曲手段が、前記挿入部の少なくとも先端部に長手方向に沿って配置された形状記憶合金からなるアクチュエータと、該アクチュエータの温度を制御する温度制御手段とを備えることとしてもよい。形状記憶合金からなるアクチュエータによれば、微細なスペースに設置できるので、挿入部の外径寸法を細くして、微細な血管や体腔内に挿入可能にすることができる。温度制御手段の作動により、予め定められた温度にアクチュエータの温度を制御することにより、簡易に、挿入部の先端を湾曲させて、任意の方向に挿入することが可能となる。

また、上記発明においては、前記先端湾曲手段が、前記挿入部の長手方向に沿って配置された複数のワイヤと、該ワイヤに個別に張力を付与可能な張力制御手段とを備えることとしてもよい。張力制御手段の作動によりワイヤに個別に張力を付与することにより、張力が付与されたワイヤが配されている周方向位置の挿入部を縮めて、挿入部を湾曲させることができる。また、張力を付与するワイヤを変更することで、挿入部の湾曲方向を変えることができる。

さらに、上記発明においては、前記挿入部が、少なくとも前記光走査部と前記集光手段とを収容する筐体に、その長手軸回りに回転可能に取り付けられていることが好ましい。
挿入部の先端を斜めに切断して先鋭部を形成した結果、生体に対して光を照射して戻り光を受光する先端面が、挿入部の長手方向に対して斜めに配置される。したがって、筐体に対して挿入部をその長手軸回りに回転させることにより、観察対象部位の観察に適した方向に先端面を向けることが可能となる。

本発明によれば、挿入部の先端に設けた先鋭部により、観察対象部位近傍の生体組織に切り込んで、観察対象部位の観察を行うことができる。したがって、他の特別な器具を用いることなく、生体組織内部の観察対象部位を簡易に観察することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る生体観察装置について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る生体観察装置１は、図１に示すように、レーザ光源２と光検出器３とを備える光学ユニット４と、該レーザ光源２からのレーザ光および光検出器３への蛍光を伝播する光ファイバ５と、該光ファイバ５により伝播されてきたレーザ光を２次元的に走査する測定ヘッド６と、該測定ヘッド６の筐体７にベアリング８により長手軸線回りに回転可能に支持された挿入部９とを備えている。

前記光学ユニット４は、レーザ光源２からの励起光を透過し、生体から戻る蛍光を反射するダイクロイックミラー１０と、レーザ光を光ファイバ５の端面に、また、ダイクロイックミラー１０により反射された蛍光を光検出器３に、それぞれ集光する集光レンズ１１，１２とを備えている。
前記測定ヘッド６は、光ファイバ５により伝播されてきたレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ１３と、平行光を２次元的に走査するガルバノミラー１４と、該ガルバノミラー１４により走査された光の中間像を結像する瞳投影レンズ１５と、中間像を結像した光を集光する結像レンズ１６と、該結像レンズ１６により集光された光を挿入部９の端面に集光させる集光レンズ１７とを備えている。

前記挿入部９は、可撓性を有する材質からなるチューブ状の部材の軸中心に全長に沿って、複数の光ファイバコアを有する光ファイバ束（光伝達部材）１８を備えている。また、挿入部９および光ファイバ束１８の先端は、図１に示されるように長手方向に対して斜めに切断された形状に形成されている。これにより、挿入部９の先端には、鋭利な尖鋭部１９が形成されている。尖鋭部１９は、生体組織に押し付けられると、生体組織を切断しながらその内部に挿入部９の先端を挿入させることができるようになっている。

また、尖鋭部１９が形成された挿入部９の先端面９ａは、長手方向に対して傾斜した方向に向けられており、この先端面９ａに、光ファイバ束１８の先端面１８ａが露出している。これにより、光ファイバ束１８を構成する各光ファイバコアの先端面が、結像レンズ１６と瞳投影レンズ１５との間の中間像位置Ｂおよび光ファイバ５の端面５ａ位置と共役な位置関係となり、光ファイバ束１８の先端面１８ａに密着する生体組織近傍からの戻り光が、選択的に光検出器３により検出されるようになっている。

また、挿入部９の先端には、図２に示されるように、長手方向に沿って複数本のワイヤ２０が配置されている。ワイヤ２０は周方向に間隔をあけて複数本、例えば、９０°おきに４本配置されている。各ワイヤ２０の一端は、挿入部９の先端に固定され、他端はそれぞれ、図３に示されるように、モータ２１によって巻き取りあるいは繰り出す張力調整装置２２に接続されている。図中符号２３は、テンショナである。

これにより、一のワイヤ２０に接続する張力調整装置２２を作動させて、ワイヤ２０に付与する張力を増大させることによって、そのワイヤ２０が配置されている半径方向に挿入部９の先端を湾曲させることができるようになっている。例えば、図３に鎖線で示されるように、尖鋭部１９側のワイヤ２０に張力を付与することにより、挿入部９を尖鋭部１９側に湾曲させ、反対に、尖鋭部１９側のワイヤ２０を弛めて、尖鋭部１９から離れた側のワイヤ２０に張力を付与することにより、挿入部９を尖鋭部１９とは逆側に湾曲させることができるようになっている。
また、本実施形態に係る生体観察装置１は、挿入部９の先端に、図２に示されるように、長手方向に沿って形成された溝２４を備えている。この溝２４は、挿入部９の先端から所定長さにわたって形成されている。

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る生体観察装置１により、生体組織、例えば、血管Ａ内壁を観察するには、図４に示されるように、血管Ａの外面に挿入部９先端の尖鋭部１９を押し付けることよって、尖鋭部１９により血管Ａの管壁を切断して貫通し、挿入部９の先端面９ａを血管Ａの内部に配置する。尖鋭部１９は、挿入部９の先端を長手方向に対して斜めに切断した形状とすることにより鋭利に形成されているので、血管Ａの管壁を容易に貫通して挿入部９の先端面９ａ、すなわち、光ファイバ束１８の先端面１８ａを血管Ａ内部に配置することができる。

挿入部９は、図４に示されるように、所定の深さ位置まで血管Ａ内に挿入される。すなわち、挿入部９の挿入深さは、挿入部９の先端に形成された溝２４が完全に血管Ａの内部に挿入されるように設定されている。これにより、図４に示されるように、挿入部９の太さよりも細い血管Ａ内に血管Ａを押し広げて挿入した場合においても、挿入部９先端の溝２４を介して血管Ａ内を血流Ｃが流れ続けることができる。したがって、実験小動物等の生体を生きたままの状態で観察する場合に、生体に与える負担を軽減することができる。

また、血管Ａ内部に挿入された光ファイバ束１８の先端面１８ａは、図４に示されるように、血管Ａの内壁に密着配置される。この状態で、光学ユニット４および測定ヘッド６を作動させて、レーザ光源２から光ファイバ５を介して伝播されてきたいレーザ光を、光走査部１４により２次元的に走査して、光ファイバ束１８に集光させ、光ファイバ束１８の先端面１８ａから血管Ａ内壁に向けて出射する。

血管Ａ内壁においては、レーザ光を照射されることにより蛍光物質が励起されて蛍光が発せられる。発せられた蛍光は、光ファイバ束１８の先端面１８ａから光ファイバ束１８内に戻り、集光レンズ１７、結像レンズ１６、瞳投影レンズ１５、光走査部１４およびコリメートレンズ１３および光ファイバ５を介して光学ユニット４に戻り、ダイクロイックミラー１０によって分岐されて光検出器３により検出される。
この場合において、光ファイバ束１８の先端面１８ａは、光ファイバ５の先端５ａと共役な位置関係に配置されているので、光ファイバ５の先端５ａが共焦点ピンホールとして機能し、光ファイバ束１８の先端面１８ａ近傍において発生した蛍光のみが、光検出器３に到達して検出されることになる。

また、光ファイバ束１８の先端面１８ａが接触している血管Ａ内壁に観察対象部位がない場合、あるいは、血管Ａ内壁の観察対象部位を切り替える場合には、挿入部９の挿入深さを変化させることの他、測定ヘッド６の筐体７に対して挿入部９を回転させることにより、先端面９ａを周方向に移動させる。これにより、光ファイバ束１８の先端面１８ａを血管Ａ内壁の所望の位置に密着させて観察を行うことができる。

また、本実施形態に係る生体観察装置１によれば、張力調整装置２２の作動により、ワイヤ２０に付与する張力を変化させることによって、挿入部９の先端面９ａを所望の方向に湾曲させることができる。したがって、挿入部９の先端面９ａを湾曲させて、光ファイバ束１８の先端面１８ａを前向きにすることにより、挿入部９の挿入方向前方に位置する血管Ａ内の様子を概略的に観察することもできる。また、血管Ａの湾曲に沿わせて挿入部９を湾曲させて、血管Ａ内を進行させることもできる。

さらに、挿入部９の外面に設けた溝２４によって血流Ｃを確保することとしたが、溝２４が詰まった場合、あるいは、血管Ａの湾曲によって流路の確保が難しい場合等に張力調整装置２２の作動によって挿入部９の湾曲方向を変化させることにより、挿入部９をくねらせるように動かして血液の流路を確保することが可能となる。

したがって、本実施形態に係る生体観察装置１によれば、挿入部９の先端に設けた尖鋭部１９によって生体組織に切り込んで光ファイバ束１８の先端面１８ａを内部に配置することができるので、切開用の他の特別な装置を用意する必要がなく、簡易に観察を行うことができるという効果がある。また、挿入部９の外面に設けた溝２４により流路が確保されるので、挿入部９の外径より細い血管Ａのような生体組織においても血流を確保しながら観察を行うことができる。したがって、生体の生きたままの観察を行うに当たり、生体に対して与える負担を低減することができ、長時間にわたる観察も可能である。

また、挿入部９に設けたワイヤ２０と、張力調整装置２２の作動により、挿入部９を所望の方向に湾曲させることができるので、生体内において所望の挿入方向に光ファイバ束１８の先端面１８ａを進行させることができる。したがって、曲がりくねった血管Ａや体腔等に沿わせて、挿入部９を挿入していくことができる。

なお、本実施形態に係る生体観察装置１においては、挿入部９の長手方向に沿って配置したワイヤ２０と、該ワイヤ２０に張力を付与する張力調整装置２２を採用したが、これに代えて、図５に示されるように、挿入部９の先端部近傍に、長手方向に沿って、所定の長さにわたり、形状記憶合金とヒータとからなるワイヤ状のアクチュエータ２５を配置し、温度制御装置２６に接続されたケーブル２７によって供給される電力により、アクチュエータ２５の温度調節を行うこととしてもよい。

また、上記実施形態においては、挿入部９の外面に設ける溝２４を、長手方向に沿って、挿入部９の挿入深さより短い長さにわたり部分的に設けることとしたが、これに代えて、さらに長い溝２４′を形成してもよい。この場合には、溝２４′を介して挿入部９と血管Ａの管壁との隙間から血液が漏れ出ることが考えられるため、例えば、図６および図７に示されるように、挿入部９を差し込む血管Ａの管壁の外面に挿入部９の断面形状と同一形状の穴３０ａを有する比較的硬質のシール３０を貼り付け、その穴３０ａの形状に挿入部９の外形を一致させて挿入することにしてもよい。このようにすることで、シール３０の穴３０ａに設けられた突起部３０ｂが、挿入部９の溝２４′を塞ぐ弁体として機能し、外部に漏れ出る血液が低減される。また、このようにすることで、挿入部９の挿入深さに制限が無くなり、比較的深い位置まで挿入部９を差し込んで観察を行うことができるという利点がある。

本発明の一実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。 図１の生体観察装置の挿入部先端の構造を示す概略縦断面図である。 図２の挿入部先端を湾曲させるアクチュエータおよび張力調整装置を示す模式図である。 図１の生体観察装置の挿入部を血管内に挿入した状態を示す断面図である。 図１の生体観察装置の挿入部における先端湾曲装置の変形例を示す概略立て断面図である。 図１の生体観察装置の挿入部の変形例を示す一部を破断した模式図である。 図６の挿入部を生体組織に挿入する際に用いるシールを説明する図である。

符号の説明

１ 生体観察装置
２ レーザ光源（光源）
３ 光検出器
７ 筐体
９ 挿入部
９ａ 先端面
１４ 光走査部
１５ 瞳投影レンズ（集光手段）
１６ 結像レンズ（集光手段）
１７ 集光レンズ（集光手段）
１８ 光ファイバ束（光伝達部材）
１８ａ 先端面
１９ 尖鋭部
２０ ワイヤ（先端湾曲手段）
２２ 張力調整手段（先端湾曲手段：張力制御手段）
２４，２４′ 溝
２５ アクチュエータ（先端湾曲手段）
２６ 温度制御装置（先端湾曲手段：温度制御手段）

Claims (6)

1. 光源と、
   該光源からの光を伝播して先端面から観察対象部位に照射し、観察対象部位から戻る戻り光を先端面において受光して伝播する、可撓性を有する光伝達部材と、
   該光伝達部材を長手方向に沿って配置した細長い挿入部と、
   前記光伝達部材により挿入部内を伝播されてきた生体組織からの戻り光を検出する光検出器とを備え、
   前記光伝達部材の先端面を露出する前記挿入部の先端面が、長手方向に対して斜めに切断された形態を備えるとともに、その先端に生体組織に切込み可能な尖鋭部を備え、
   前記挿入部の外面の少なくとも一部に、長手方向に沿う溝が形成されている生体観察装置。
2. 前記光伝達部材が、複数のコアを有する光ファイバ束からなり、
   光源からの光を走査する光走査部と、
   該光走査部により走査された光を前記光伝達部材に集光する集光手段とを備える請求項１に記載の生体観察装置。
3. 前記挿入部の先端を湾曲させる先端湾曲手段を備える請求項１または請求項２に記載の生体観察装置。
4. 前記先端湾曲手段が、前記挿入部の少なくとも先端部に長手方向に沿って配置された形状記憶合金からなるアクチュエータと、該アクチュエータの温度を制御する温度制御手段とを備える請求項３に記載の生体観察装置。
5. 前記先端湾曲手段が、前記挿入部の長手方向に沿って配置された複数のワイヤと、該ワイヤに個別に張力を付与可能な張力制御手段とを備える請求項３に記載の生体観察装置。
6. 前記挿入部が、少なくとも前記光走査部と前記集光手段とを収容する筐体に、その長手軸回りに回転可能に取り付けられている請求項２に記載の生体観察装置。

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