JP4895840B2 - Ｏｃｔシステム - Google Patents

Description

本発明は、先端閉塞のシース内に挿置された光ファイバを回転させて光ファイバの軸周りの走査を行って光ファイバ先端部付近のＯＣＴ断層像を演算するＯＣＴシステムに使用されるＯＣＴプローブに関する。

近年、低コヒーレンス光を使用して断層像を測定する光コヒーレンストモグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＯＣＴ）システムが実用化され、利用されつつある。ＯＣＴシステムにおいては低コヒーレント光を生体組織に照射する。そして、この光が生体組織内のどの位置でどの程度反射若しくは散乱したのかをマイケルソン干渉計の原理に基づいて計測し、この計測結果に基づいて生体組織の断層像を演算によって作成するものである。

ＯＣＴシステムによる断層像取得を行う際には、ＯＣＴプローブが体腔内に挿入される。このようなＯＣＴプローブとしては、特許文献１、２に記載されているようなものが利用される。
特開平１１−５６７８６ 特開２００２−２６３１０６

特許文献１及び２に記載されているように、ＯＣＴプローブは先端閉塞かつ透光性のシースと、このシース内に挿通されるシングルモード光ファイバと、このシングルモード光ファイバの先端に設けられるマイクロプリズムとを有する。マイクロプリズムは、光ファイバの先端から放射される低コヒーレント光を屈曲させてシース側面から外に光を放射させるとともに、シースの外側にある生体組織にて反射または散乱した戻り光を光ファイバ先端に戻す、一種のミラーとしての機能を有する。なお、光ファイバとマイクロプリズムとは、光ファイバから放射される光を集光させるためのＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）レンズ（セルフォックスレンズ）を介して接続されている。

このような、従来のＯＣＴシステムが使用するＯＣＴプローブにおいては、光ファイバまたは光ファイバと一体となった保護チューブが、その基端側でシースによって軸受を介して回転可能に支持されている。そのため、従来のＯＣＴプローブにおいては、以下のような問題が発生しうる。

すなわち、従来のＯＣＴプローブにおいては、光ファイバの先端は支持されていないため、先端部の首振り運動が発生する可能性がある。また、シースの内径は光ファイバの外径に比べて充分に大きいため、光ファイバのたるみが起こる可能性がある。このたるみは、光ファイバの回転運動に対する一種のねじりばねとして機能するものである。従来のＯＣＴプローブにおいては、このようなたるみが発生すると光ファイバの基端部での回転が先端部に伝達される際の応答性が低下し、先端部の回転が不安定な状態となる可能性がある。

このように、従来のＯＣＴプローブにおいては、前述の光ファイバの首振り運動や不安定な回転が発生し、これによって断層像を正しく取得できなくなる（すなわち、ある領域を平面で切断した断面ではなく、円錐面や波うった面での断面を取得してしまったり、一部分が引き延ばされたり縮められたりした状態の断面像となる）という問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、正しく断層像を取得できるようなＯＣＴプローブを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明のＯＣＴプローブは、光ファイバの先端部付近に光ファイバと一体になるよう取り付けられたブレードを有し、光ファイバの回転に伴って流体から受ける作用によって、光ファイバをその先端方向に向かって牽引させるような推進力を光ファイバに付与するようになっている。

このような構成とすると、この推進力によって、光ファイバの先端の首振り運動が軽減される。また、光ファイバの先端が牽引されるようになるため、光ファイバに軸方向のテンションが加わり、シースを複雑に屈曲させても光ファイバにたるみは発生しないようになる。従って、光ファイバの基端での回転が高い応答性をもって先端に伝達され、光ファイバ、およびその先端に取り付けられているマイクロミラーは、正確に等速回転する。よって、本発明のＯＣＴプローブを用いることによって、マイクロミラーを含み、シースの軸に垂直な平面で正確に切断した断層像が得られるようになる。

好ましくは、このブレードは同心に複数設けられる。好ましくは、このブレードは、光ファイバの先端とマイクロミラーとの間に設けられたＧＲＩＮレンズまたは、コアレスファイバの外周面に取り付けられる。

また、ブレードは、ＧＲＩＮレンズまたはコアレスファイバが挿通される管状部材の外周に固定されており、管状部材にＧＲＩＮレンズまたはコアレスファイバを挿通して両者を固定することによって、ブレードが取り付けられる構成としても良い。

以上のように、本発明によれば、正しく断層像を取得できるようなＯＣＴプローブが実現される。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。図１は、ＯＣＴを利用した断層像取得装置である、ＯＣＴシステムの全体的な構造を示すブロック図である。本実施形態のＯＣＴシステム１は、ＯＣＴプローブ１００と、光学駆動部２００と、患者インターフェースユニット３００と、表示部４００と、を有する。なお、図１においては、電気信号の経路を破線、光ファイバによる光路を実線にて記載している。また、以下の説明においては、ＯＣＴシステムの光源に近づく光路の方向を基端側、遠ざかる方向を先端側と定義する。

図１に示されているように、患者インターフェースユニット３００はＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２と光学駆動部２００のファイバ干渉計２０６から光学駆動部２００の外部に伸びる光ファイバ２２４を接続するものである。

光学駆動部２００側のプローブ用光ファイバ２２４とＯＣＴプローブ１００側の光ファイバ１２２の基端部とは、患者インターフェースユニット３００に内蔵されるロータリージョイント３２０を介して接続されている。詳細は後述するが、ロータリージョイント３２０は、ＯＣＴプローブ１００側の光ファイバ１２２と光学駆動部２００側のプローブ用光ファイバ２２４が光学的に接続された状態を維持しつつ、プローブ用光ファイバ２２４に対して光ファイバ１２２を回転可能に保持する。

また、患者インターフェースユニット３００には、モータ３４０が内蔵されている。このモータ３４０の図示しない回転軸はＯＣＴプローブ１００側の光ファイバ１２２の基端部分と係合可能に構成されている。従って、モータ３４０の回転軸を光ファイバ１２２に係合させ、次いでモータ３４０を駆動することによって、光ファイバ１２２をＯＣＴプローブ１００内でその長軸周りに回転させることができる。

また、図示されているように、ＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２の先端には、マイクロミラー１２４が固定されている。マイクロミラー１２４は、光ファイバ１２２から出射する光線を約９０°屈曲させてＯＣＴプローブ１００の先端部付近の管腔の組織Ｔに照射すると共に、管腔の組織Ｔの表面または組織Ｔの内部で反射した光を再度屈曲させて光ファイバ１２２内に戻すものである。マイクロミラー１２４は光ファイバ１２２と一体となっており、モータ３４０によって光ファイバ１２２を回転させると、マイクロミラー１２４から出射する光の方向は、マイクロミラー１２４と交差し且つ光ファイバ１２２の軸に垂直な面内で周期的に変動する。すなわちモータ３４０を駆動することによって、円周方向の走査を行うことができる。

光学駆動部２００には、低コヒーレント光源２０４、ファイバ干渉計２０６、信号処理回路２０８、供給用光ファイバ２２６、参照用光ファイバ２２２、レンズ２１２、ダハミラー２１４が内蔵されている。ＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２に供給される低コヒーレント光は、低コヒーレント光源２０４によって生成される。低コヒーレント光源２０４が生成する低コヒーレント光は、供給用光ファイバ２２６を介してファイバ干渉計２０６にまず送られる。ファイバ干渉計２０６は、ハーフミラー等を用いて供給された低コヒーレント光を２つの光線に分け、その一方を物体光としてプローブ用光ファイバ２２４に送り、他方を参照光として参照用光ファイバ２２２に送る。

前述のように、プローブ用光ファイバ２２４に送られた物体光は患者インターフェースユニット３００のロータリージョイント３２０を介してＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２に送られる。そして、管腔の生体組織Ｔの表面または内部で反射した物体光は光ファイバ１２２、ロータリージョイント３２０、プローブ用光ファイバ２２４を介してファイバ干渉計２０６に戻る。

また、参照用光ファイバ２２２に送られる参照光は、参照用光ファイバ２２２の先端から出射してレンズ２１２に入射する。このレンズ２１２によって参照光は平行光となる。すなわち、レンズ２１２は往路においてはコリメートレンズとして機能する。レンズ２１２から出射した参照光は、ダハミラー２１４によって折り返され、再びレンズ２１２に入射する。レンズ２１２はダハミラー２１４からの参照光を集光して参照用光ファイバ２２２の先端に入射させる。すなわち、復路においては、レンズ２１２は集光レンズとして機能する。そして、参照用光ファイバ２２２に戻された参照光はファイバ干渉計２０６に戻る。

ファイバ干渉計２０６はプローブ用光ファイバ２２４から戻ってきた物体光と、参照用光ファイバ２２２から戻ってきた参照光とを干渉させ、干渉縞の挙動を計測する。この計測結果は物体光の光路長と、参照光の光路長との差に基づいたものである。これによって、生体組織Ｔのどの部分でどの程度物体光の反射や散乱が起こっているのかを検出することができる。すなわち、ファイバ干渉計２０６、低コヒーレント光源２０４、供給用光ファイバ２２６、参照用光ファイバ２２２、レンズ２１２、ダハミラー２１４、プローブ用光ファイバ２２４、ＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２は、全体としてマイケルソン干渉計を構成していることになる。なお、ダハミラー２１４はレンズ２１２に離接する方向（図１中白抜き矢印部分）に移動可能に構成されている。ダハミラー２１４を移動させることによって、参照光の光路長を変動させることができる。これによって、生体組織Ｔの深さ方向の走査を行うことができる。

このように、本実施形態のＯＣＴシステム１においては、周方向と深さ方向の走査が出来るようになっているので、走査を行って得られたファイバ干渉計２０６の一連の計測結果を用いて数値演算を行うことによって、ＯＣＴプローブ１００の光ファイバ１２２の先端を通り且つ光ファイバの軸に垂直な面における断層像を演算し、出力することができる。具体的には、ファイバ干渉計による計測結果は信号処理回路２０８に送られ、信号処理回路２０８が数値演算を行って断層像を作成する。生成された断層像のデータは表示部４００に送られる。本実施形態においては、表示部４００は光学駆動部２００の信号処理回路２０８と接続されたＰＣ４０２と、このＰＣ４０２に接続されたモニタ４０４とを有し、ＰＣ４０２は断層像を画像としてモニタ４０４に表示させる。

以上のように、本実施形態のＯＣＴシステム１を用いることによって、生体組織の断層像を観察することが出来るようになる。なお、低コヒーレント光源２０４の点灯／消灯、ダハミラー２１４及び患者インターフェースユニット３００のモータ３４０の駆動や、信号処理回路２０８の制御は、光学駆動部２００に内蔵されているコントローラ２０２によって成される。

次いで、本実施形態のＯＣＴプローブ１００および、患者インターフェースユニット３００の構成に付き説明する。図２は、本実施形態のＯＣＴプローブ１００および患者インターフェースユニット３００の断面図を示したものである。

まず、ＯＣＴプローブ１００の構造につき説明する。図示されているように、ＯＣＴプローブ１００においては、光ファイバ１２２は、基端部１３２と先端部１３４とから構成されるシース１３０に収納されている。シース１３０の基端部１３２は、ＯＣＴプローブ１００の剛性をある程度確保し、プローブを体腔内に差し込みやすくするためのものであり、長さ約１５０ミリメートル、外径約１．５ミリメートルのステンレス管である。一方、先端部１３４は、複雑な形状の体腔内にＯＣＴプローブ１００を挿入しやすくするための柔軟な（すなわち、剛性の低い）部材である。具体的には、先端部１３４は、長さ約数メートル、外径約０．７５ミリメートルのポリアミド樹脂製の樹脂チューブ１３４ａの先端をキャップ１３４ｂで塞いだ部材である。なお、光ファイバ１２２から放射される物体光およびその戻り光は何れも樹脂チューブ１３４ａの側面を通過するよう構成されている。従って、樹脂チューブ１３４ａの少なくとも先端部側面は、物体光が透過できるように透明である。シース１３０は、基端部１３２の先端側に先端部１３４の基端部を差し込み、接着剤１３６で両者を接着することによって形成される。

シース１３０の基端部１３２の基端側には、光ファイバ１２２を回転可能に支持するための軸受１４２が設けられている。より詳細には、光ファイバ１２２の基端側にはブシュ１２６が固定されており、軸受１４２はこのブシュを回転可能に支持するための滑り軸受である。

図示されているように、光ファイバ１２２とマイクロミラー１２４とは、コアレスファイバ１２７およびＧＲＩＮレンズ１２８を介して接続されている。ＧＲＩＮレンズとは、光ファイバ１２２から出射される物体光を外部で集光させると共に、物体光の戻り光を光ファイバ１２２に集光させるための部材である。コアレスファイバ１２７は、光ファイバ１２２のコアとほぼ同一の材料から形成されている円柱形状の部材であり、光ファイバ１２２の端面での反射減衰を低減させる機能を有する。なお、シース１３０の中にはシリコーンオイルが封入されている。このシリコーンオイルの屈折率は、マイクロミラー１２４の屈折率と先端部１３４の透明部分の屈折率の中間の値をとり、マイクロミラー１２４とシリコーンオイルとの界面、およびシリコーンオイルと先端部１３４との界面で反射が起きないようになっている。

次いで、患者インターフェースユニット３００の構成に付き説明する。図２に示されているように、モータ３４０は、モータ本体３４１と、モータ回転軸３４２と、プーリ３４３と、無端ベルト３４４とを有する。プーリ３４３は、モータ回転軸３４２に固定されており、モータ回転軸３４２と一体になって、モータ本体３４１に対して回転する。無端ベルト３４４は、プーリ３４３と、光ファイバ１２２の基端部に取り付けられているブシュ１２６とに掛け渡されている。従って、モータ３４０を駆動させてモータ回転軸３４２を回転させると、駆動力が無端ベルト３４４を介してブシュ１２６に伝達され、光ファイバ１２２を回転させることができる。

ロータリージョイント３２０は、患者インターフェースユニット３００のフレーム３５０の一面に形成された凹部３５１に設けられている。具体的には、光ファイバ１２２の基端に固定されているブシュ１２６は、この凹部３５１内で、フレーム３５０に軸受３２２を介して回転可能に支持されている。

また、凹部３５１の底面３５１ａにはファイバ干渉計２０６から伸びる光ファイバ２２４の先端側端面が配置されている。ここで、ＯＣＴプローブの光ファイバ１２２の基端側端面と、ファイバ干渉計２０６から伸びる光ファイバ２２４の先端側端面とは短い距離で対向しており、光ファイバ１２２が回転している状態であっても光ファイバ１２２と２２４との間での物体光やその戻り光の出入りを可能としている。さらに、ＯＣＴプローブの光ファイバ１２２の基端側端面と、ファイバ干渉計２０６から伸びる光ファイバ２２４の先端側端面には、夫々凸レンズ１２２ａ、２２４ａが設けられており、物体光やその戻り光の出入りに伴う損失を最小限に抑えるようになっている。

本実施形態においては、光ファイバ１２２は、その基端部にて軸受１４２によって支持されている。このため、光ファイバの基端部は回転可能であると共に、前後方向には移動できないようになっている。一方、光ファイバ１２２の先端、すなわちマイクロミラー１２４付近の部分はある程度自由に動けるようになっている。本実施形態においては、このような状態においても、光ファイバ１２２の先端部が安定して回転できるように（すなわち、先端部が首振り運動をせず、また光ファイバ１２２の基端側の回転が高い応答性をもって先端側に伝達されるように）、推進ユニット１５０が設けられている。

推進ユニット１５０の構造につき以下説明する。図３は、推進ユニット１５０の拡大斜視図である。本実施形態においては、推進ユニットはＧＲＩＮレンズ１２８に取り付けられるようになっている。推進ユニット１５０は、ＧＲＩＮレンズ１２８の外周に固着されるスリーブ１５１と、このスリーブから光ファイバ１２２の半径方向に同心に突出して形成された４枚のブレード１５２とを備える。なお、スリーブ１５１は、融接、接着などの既知の手段によってＧＲＩＮレンズ１２８に固着される。

ブレード１５２は、光ファイバ１２２の円周方向に対して一定のピッチ角をもってスリーブ１５１に取り付けられている。このため、光ファイバ１２２を図中矢印方向に回転させると、シース１３０（図２）内に封入されている、シリコーンオイルによる揚力がブレード１５２の各々に作用する。この揚力は、光ファイバ１２２の先端をシース先端に向かう方向に牽引するような推進力となる。この推進力によって、光ファイバ１２２の先端の首振り運動が軽減される。また、光ファイバ１２２の先端部が牽引されるようになるため、光ファイバ１２２に軸方向のテンションが加わり、シース１３０の先端部１３４を複雑に屈曲させても光ファイバ１２２にたるみは発生しないようになっている。従って、光ファイバ１２２の基端での回転が高い応答性をもって先端に伝達され、光ファイバ１２２、およびその先端に取り付けられているマイクロミラー１２４は、正確に等速回転する。よって、本実施形態のＯＣＴプローブを用いることによって、マイクロミラー１２４を含み、シース１３０の軸に垂直な平面で正確に切断した断層像が得られる。なお、シリコーンオイルは非圧縮性の流体であるため、推進力を継続的に得るためには、ブレード１５２によって基端側に押し出されたシリコーンオイルを先端側に戻す必要がある。このため、本実施形態においては、ブレード１５２の先端とシース先端部１３４の内周との間に充分な距離をとるようにしている。具体的には、本実施形態においてはシース先端部１３４の内径は約０．４ミリメートルであり、光ファイバ１２２の外径は約０．１ミリメートルであるので、ブレード１５２の長さを０．０８ミリメートル程度としている。

なお、本実施形態においては、スリーブ１５１をＧＲＩＮレンズ１２８に固着させているが、本発明は上記構成に限定されるものではない。例えば、図４の斜視図に示されるように、スリーブ１５１をコアレスファイバ１２７に固着する構成としても良い。

また、本実施形態においては、ブレード１５２は、四角形の平板状をしているが、円形状、楕円形状、三角形状、らせん形状、あるいは多角形状であってもよい。

本発明の実施の形態によるＯＣＴシステムのブロック図である。 本発明の実施の形態のＯＣＴプローブおよび患者インターフェースユニットの断面図である。 本発明の実施の形態の推進ユニットの拡大斜視図である。 本発明の実施の形態の推進ユニットの別例の拡大斜視図である。

符号の説明

１ ＯＣＴシステム
１００ ＯＣＴプローブ
１２２ 光ファイバ
１２２ａ 凸レンズ
１２４ マイクロミラー
１２６ ブシュ
１２７ コアレスファイバ
１２８ ＧＲＩＮレンズ
１４２ 軸受
１５０ 推進ユニット
１５１ スリーブ
１５２ ブレード
２００ 光学駆動部
２２４ 光ファイバ
２２４ａ 凸レンズ
３００ 患者インターフェースユニット
３２０ ロータリージョイント
３２２ 軸受
３４０ モータ
３５０ フレーム
３５１ 凹部
４００ 表示部

Claims (6)

1. 先端閉塞のシースと、
   前記シース内に封入されている流体と、
   前記シース内で回転可能に支持されるよう密封されて挿置される光ファイバと、
   前記光ファイバから放射される光を屈曲させて前記シースの側面から放射させると共に、前記シースの外で反射または散乱した戻り光を再び前記光ファイバの先端に入射させるためのマイクロミラーと、
   前記光ファイバの先端部付近に前記光ファイバと一体になるよう取り付けられ、前記光ファイバの回転に伴って前記流体から受ける作用によって前記光ファイバをその先端方向に向かって牽引させるような推進力を前記光ファイバに付与するブレードと、
   を有する、ＯＣＴプローブ。
2. 前記ブレードは同心に複数設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のＯＣＴプローブ。
3. 前記ブレードは、前記光ファイバの先端と前記マイクロミラーとの間に設けられたＧＲＩＮレンズの外周面に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のＯＣＴプローブ。
4. 前記ブレードは、前記ＧＲＩＮレンズが挿通される管状部材の外周に固定されており、前記管状部材に前記ＧＲＩＮレンズを挿通して両者を固定することによって、前記ブレードが前記ＧＲＩＮレンズの外周面に取り付けられる、ことを特徴とする請求項５に記載のＯＣＴプローブ。
5. 前記ブレードは、前記光ファイバの先端と前記マイクロミラーとの間に設けられたコアレスファイバの外周面に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のＯＣＴプローブ。
6. 前記ブレードは、前記コアレスファイバが挿通される管状部材の外周に固定されており、前記管状部材に前記コアレスファイバを挿通して両者を固定することによって、前記ブレードが前記コアレスファイバの外周面に取り付けられる、ことを特徴とする請求項５に記載のＯＣＴプローブ。

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