JP5136747B2 - Bending degree detecting device and bending degree detecting method using the same - Google Patents
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Description
この発明は曲がり度合い検出装置およびそれを用いた曲がり度合い検出方法に関し、特に、カテーテルの曲がり度合いを検出する曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法に関する。より特定的には、この発明は、動脈瘤の塞栓手術においてカテーテルの先端部の曲がり具合を検出する曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法に関する。 The present invention relates to a bend degree detecting device and a bend degree detecting method using the same, and more particularly to a bend degree detecting device for detecting a bend degree of a catheter and a bend degree detecting method using the same. More specifically, the present invention relates to a bending degree detection device that detects the degree of bending of a distal end portion of a catheter in an aneurysm embolization operation, and a bending degree detection method using the same.
脳動脈瘤の塞栓手術において、カテーテル先端の曲がり度合いは、カテーテルを介して脳動脈瘤に詰め込まれる白金コイルなどの塞栓材の詰め込み度合いを知る重要な情報である。脳動脈瘤の中にカテーテル先端を配置し、カテーテルの中から脳動脈瘤に塞栓材を詰め込んでいくとき、カテーテルの先端が動かないように、カテーテルに適当な湾曲をつけて、湾曲部によってカテーテルを血管壁に保持している。塞栓材が十分詰め込まれると、塞栓材を詰め込むことができなくなるので、詰め込もうとする力は、カテーテルを動脈瘤から押し出そうとするか、カテーテルの曲がり度合いを大きくしようと作用する。このカテーテル先端の様子から、塞栓材の詰め込みが十分かどうかを判断することができる。 In the cerebral aneurysm embolization operation, the degree of bending of the catheter tip is important information for knowing the degree of filling of an embolization material such as a platinum coil packed into the cerebral aneurysm via the catheter. When placing the catheter tip in the cerebral aneurysm and filling the cerebral aneurysm from the catheter into the cerebral aneurysm, an appropriate curve is applied to the catheter so that the tip of the catheter does not move. Is held on the vessel wall. If the embolic material is sufficiently packed, the embolizing material cannot be packed. Therefore, the force to be packed acts to push the catheter out of the aneurysm or to increase the degree of bending of the catheter. From the state of the catheter tip, it can be determined whether the embolizing material is sufficiently packed.
従来は、カテーテル先端にX線不透過のマーカを付け、血管に挿入されたカテーテル先端のX線透視画像を観察することにより、カテーテル先端の曲がり度合いを検出していた。 Conventionally, the degree of bending of the catheter tip has been detected by attaching a radiopaque marker to the tip of the catheter and observing an X-ray fluoroscopic image of the catheter tip inserted into the blood vessel.
また、体内の血管や尿管などの管に挿入する光ファイバセンサが特許文献1,2に開示されている。特許文献1の光ファイバセンサは、ファイバ・ブラッグ・グレーティング(Fiber Bragg Grating:FBG)を施した光ファイバを3本設けて、ブラッグ反射の波長から、光ファイバの曲がり度合いを検出するものである。この光ファイバセンサは、体内の管の曲がり具合を測定するために使用される。
Further,
また、特許文献2の光ファイバセンサは、光ファイバの特定箇所のクラッド層を薄くすることで、その特定箇所のみを他の箇所よりも曲がり易くし、光ファイバの先端に圧力を加えたときに、その特定箇所のみが大きく曲がるようにし、光ファイバの曲がりによる伝送損失を大きくさせて、その伝送損失から圧力を測定するものである。
Moreover, the optical fiber sensor of
また、特許文献3には、光ファイバの外周面の一部に凹凸を設けて光ファイバセンサを形成し、外周面の凹凸から漏れる光の量が光ファイバセンサの曲がり度合いに応じて変化することを利用した曲がり度合い検出装置が開示されている。この曲がり度合い検出装置では、光ファイバセンサを対象物に取り付け、光ファイバセンサの一方端に設けられた光源から出射されて光ファイバセンサを通過した光の量を光ファイバセンサの他方端に設けられた光量検出部で検出し、その検出結果に基づいて対象物の曲がり度合いを検出する。
しかし、X線透視画像を観察してカテーテル先端の曲がり度合いを検出する方法では、次の問題がある。すなわち、X線透視画像は2次元画像であるため、3次元的な挙動をするカテーテル先端の動きを明瞭に観察することはできない。また、塞栓材は一般にX線を透過しないので、脳動脈瘤に塞栓材が詰まってくるとカテーテル先端のX線不透過のマーカの位置が不明瞭になる。 However, the method of detecting the degree of bending of the catheter tip by observing a fluoroscopic image has the following problems. That is, since the X-ray fluoroscopic image is a two-dimensional image, it is impossible to clearly observe the movement of the catheter tip that behaves three-dimensionally. In addition, since the embolic material generally does not transmit X-rays, the position of the X-ray opaque marker at the distal end of the catheter becomes unclear when the embolic material is clogged with a cerebral aneurysm.
そこで、特許文献1〜3の光ファイバセンサをカテーテル先端の曲がり度合いの検出に使用することが考えられるが、いくつかの問題がある。まず特許文献1の問題点は次の通りである。
Therefore, it is conceivable to use the optical fiber sensors of
(1) FBGを施した光ファイバセンサは曲がり度合いを検出できるが、曲がり方向を検出することはできない。特定箇所の曲がり度合いと曲がり方向を検出するには、3本以上の光ファイバセンサを使用する必要がある。 (1) An optical fiber sensor subjected to FBG can detect the degree of bending, but cannot detect the bending direction. In order to detect the bending degree and the bending direction of a specific location, it is necessary to use three or more optical fiber sensors.
(2) 3本の光ファイバセンサを使用して曲がり方向を検出する場合、各光ファイバセンサの曲がりの内側と外側に発生する曲がり度合いの微小な差から曲がり方向を求めるために、曲がり方向の感度が低い。 (2) When detecting the bending direction using three optical fiber sensors, in order to obtain the bending direction from the slight difference in the bending degree generated inside and outside the bending of each optical fiber sensor, The sensitivity is low.
(3) 光源としてレーザを使用し、しかも受光側にはレーザ光の波長を測定するための分光器などの光学系が必要である。その光学系を3本分用意する必要があり、測定器が非常に高価格になる。 (3) A laser is used as the light source, and an optical system such as a spectroscope for measuring the wavelength of the laser beam is required on the light receiving side. It is necessary to prepare three optical systems, and the measuring instrument becomes very expensive.
(4) 現在の技術では、FBGはガラス製の光ファイバに施すことができるが、柔軟で折れ難いプラスチック製の光ファイバに施すことはできない。ガラス製の光ファイバは、細径のものでも曲げると折れ易い。また、固いので柔軟なガイドワイヤやカテーテルに取り付けると、それらの柔軟性が失われる可能性がある。 (4) With the current technology, FBG can be applied to glass optical fibers, but cannot be applied to plastic optical fibers that are flexible and difficult to break. Even if a glass optical fiber has a small diameter, it is easily broken. Also, if attached to a flexible guide wire or catheter that is stiff, the flexibility may be lost.
次に、特許文献2の問題点は次の通りである。
(1) 光ファイバの特定箇所を曲げ易くして圧力を測定するので、ガイドワイヤやカテーテルに光ファイバセンサを取り付けた場合に、特定箇所を曲げ易くした特徴を活かすことができない。
Next, the problems of
(1) Since the pressure is measured by making the specific portion of the optical fiber easy to bend, when the optical fiber sensor is attached to the guide wire or the catheter, the feature that makes the specific portion easy to bend cannot be utilized.
(2) この光ファイバセンサも曲がり度合いを検出できるが、曲がり方向を検出することはできない。特定箇所の曲がり度合いと曲がり方向を検出するには、3本以上の光ファイバセンサを使用する必要がある。 (2) This optical fiber sensor can also detect the degree of bending, but cannot detect the bending direction. In order to detect the bending degree and the bending direction of a specific location, it is necessary to use three or more optical fiber sensors.
また、特許文献3の曲がり度合い検出装置では、光ファイバセンサの一方端に光源を取り付け、他方端に光量検出部を取り付けているので、この装置を用いてカテーテル先端の曲がり度合いを検出するためには、光ファイバセンサを2つに折り曲げてカテーテルに取り付け、光ファイバセンサの両端を人体の外側に配置する必要がある。しかし、光ファイバセンサを極端に曲げると、光が伝播しないので、曲がり度合いを検出することができない。
Moreover, in the bending degree detection apparatus of
それゆえに、この発明の主たる目的は、プラスチック製の光ファイバで構成することができ、少ない数の光ファイバで曲がり方向を検出することができ、安価な光学系を使用することができ、カテーテルの先端部の曲がり度合いを検出することが可能な曲がり度合い検出装置と、それを用いた曲がり度合い検出方法を提供することである。 Therefore, the main object of the present invention is that it can be configured with a plastic optical fiber, a bending direction can be detected with a small number of optical fibers, an inexpensive optical system can be used, and a catheter can be used . It is to provide a bending degree detection device capable of detecting the bending degree of a tip portion and a bending degree detection method using the bending degree detection apparatus.
この発明に係る曲がり度合い検出装置は、カテーテルを人体の動脈に挿入し、カテーテル内に設けられたガイドワイヤを操作してカテーテルの先端を動脈瘤内に誘導し、カテーテルの先端部を湾曲させて血管壁に保持した後、カテーテルの中空部にワイヤを挿入し、ワイヤを使用して動脈瘤内に塞栓材を詰め込み、カテーテルの先端部の曲がり具合に基づいて動脈瘤内への塞栓材の詰め込みが十分かどうかを判定する動脈瘤の塞栓手術において、カテーテルの先端部の曲がり度合いを検出する曲がり度合い検出装置であって、カテーテルとともに曲がるようにカテーテルに組み込まれた光ファイバを含む光ファイバセンサを備えたものである。光ファイバのうちのカテーテルの先端部に対応する部分においてコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、光ファイバ内を伝播する光のうちの、カテーテルの先端部の曲がり度合いに応じた量の光が凹凸から光ファイバの外部に漏れるようにされている。この曲がり度合い検出装置は、さらに、光ファイバの基端に結合された光源と、光ファイバの先端に設けられた反射部材と、光ファイバの基端に結合され、光源から出射されて反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部と、光量検出部の出力信号をカテーテルの先端部の曲がり度合いに変換するための情報を記憶する記憶素子とを備えたことを特徴とする。 The bending degree detection device according to the present invention inserts a catheter into a human artery, operates a guide wire provided in the catheter, guides the distal end of the catheter into the aneurysm, and curves the distal end of the catheter. After holding the vessel wall, insert a wire into the hollow part of the catheter, use the wire to pack the embolic material into the aneurysm, and pack the embolic material into the aneurysm based on the bending of the tip of the catheter In an embolization operation of an aneurysm to determine whether or not the bending is sufficient, a bending degree detecting device for detecting the bending degree of the distal end portion of the catheter, comprising: an optical fiber sensor including an optical fiber incorporated in the catheter so as to bend together with the catheter; It is provided. The amount a portion of the core and the cladding boundary at the portion corresponding to the distal end of the catheter out of the optical fibers to be uneven form, of the light propagating in the optical fiber, depending on the degree of bend of the distal end of the catheter Light leaks out of the optical fiber from the irregularities . The degree of bend detection device further includes a light source coupled to the proximal end of the optical fiber, and a reflection member provided on-edge of the optical fiber, coupled to the proximal end of the optical fiber, reflecting member is emitted from the light source And a storage element for storing information for converting the output signal of the light amount detector into the degree of bending of the distal end of the catheter .
好ましくは、光ファイバの中心軸を含む平面に沿って切断された凹凸の断面において、凹凸の外周のうちの少なくとも一部の外周に対する接線と光ファイバの中心軸とは交差する。 Preferably, in a concavo-convex cross section cut along a plane including the central axis of the optical fiber, a tangent to at least a part of the outer periphery of the concavo-convex intersects with the central axis of the optical fiber.
また好ましくは、光源と光量検出部と光ファイバの基端との間に設けられ、光源から出射された光を光ファイバに入射させるとともに、反射部材で反射された光を光量検出部に入射させる光分岐部を備え、光源と光量検出部と光ファイバと光分岐部は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されている。 Preferably, the light source is provided between the light source, the light amount detection unit, and the base end of the optical fiber, and the light emitted from the light source is incident on the optical fiber and the light reflected by the reflecting member is incident on the light amount detection unit. An optical branching unit is provided, and the light source, the light amount detection unit, the optical fiber, and the optical branching unit are fixed so as not to be separated with the optical axes aligned.
また好ましくは、凹凸は、光ファイバの外周面に光ファイバの中心軸と直交する方向のV字型の溝を、溝の底が光ファイバのクラッドおよびコアの界面を越えてコアに達するようにして所定のピッチで複数切り込み、複数の溝を埋めるようにしてクラッドに相当する材料でコーティング層を形成したものである。 Preferably, the unevenness has a V-shaped groove in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber on the outer peripheral surface of the optical fiber so that the bottom of the groove reaches the core beyond the interface between the cladding and the core of the optical fiber. multiple cuts at a predetermined pitch Te, Ru der obtained by forming a coating layer with a material which corresponds to the cladding so as to fill a plurality of grooves.
また、この発明に係る曲がり度合い検出方法は、上記曲がり度合い検出装置を複数使用し、複数の光量検出部の検出結果と複数の記憶素子に記憶された複数の情報とに基づいてカテーテルの先端部の曲がり度合いを検出することを特徴とする。 Also, the degree detecting method bending according to the present invention, the bend of the degree detecting device use multiple, catheter tip based on the plurality of information stored in the detection result and a plurality of storage elements of the plurality of light amount detector It is characterized by detecting the degree of bending.
好ましくは、各光ファイバセンサのうちの凹凸が形成された部分をカテーテルの先端部に組み込むとともに各光ファイバセンサの凹凸を他の光ファイバセンサの凹凸と異なる方向に向けて、複数の光量検出部の検出結果と複数の記憶素子に記憶された複数の情報とに基づいてカテーテルの先端部の曲がり度合いと曲がり方向を検出する。 Preferably , a portion of each optical fiber sensor in which the unevenness is formed is incorporated into the distal end portion of the catheter, and the unevenness of each optical fiber sensor is directed in a direction different from the unevenness of the other optical fiber sensors, and a plurality of light amount detection units The bending degree and the bending direction of the distal end portion of the catheter are detected on the basis of the detection result and a plurality of information stored in the plurality of storage elements .
また好ましくは、各光ファイバセンサのうちの凹凸が形成された部分をカテーテルの先端部に組み込むとともに複数の光ファイバセンサの凹凸をカテーテルの先端からの距離が異なる複数の位置にそれぞれ配置し、複数の光量検出部の検出結果と複数の記憶素子に記憶された複数の情報とに基づいてカテーテルの先端部の曲がり度合いを検出する。
また好ましくは、複数の曲がり度合い検出装置のうちの1つの曲がり度合い検出装置を補正用検出装置として使用し、補正用検出装置の光ファイバには凹凸を設けず、カテーテルの先端部以外の部分の曲がり度合いが大きい場合に、補正用検出装置の光量検出部の検出結果に基づいて他の各曲がり度合い検出装置の光量検出部の検出結果を補正する。
Also preferably, arranged in a plurality of positions at different distances from a plurality of irregularities of the previous end of the catheter of the optical fiber sensor with incorporating unevenness formed portion of each optical fiber sensor to the distal end of the catheter, The degree of bending of the distal end portion of the catheter is detected based on the detection results of the plurality of light quantity detection units and the plurality of information stored in the plurality of storage elements .
Preferably, one of the plurality of bending degree detection devices is used as a correction detection device, and the optical fiber of the correction detection device is not provided with irregularities, and the portion other than the distal end portion of the catheter is used. When the degree of bending is large, the detection result of the light amount detection unit of each other bending degree detection device is corrected based on the detection result of the light amount detection unit of the correction detection device.
また好ましくは、カテーテルの先端部の曲がり度合いの検出結果に基づいて、カテーテルの先端部の曲がり状態を画像表示装置の画面に表示する。 Also preferably, on the basis of the detection result of the degree of bend of the distal end of the catheter, and displays the bent state of the distal end of the catheter on the screen of the image display device.
この発明に係る曲がり度合い検出装置では、光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、カテーテルに組み込まれた光ファイバ内を伝播する光のうちの、光ファイバの先端部の曲がり度合いに応じた量の光が凹凸から光ファイバの外部に漏れるようにされた光ファイバセンサと、光ファイバの基端に結合された光源と、光ファイバの先端に設けられた反射部材と、光ファイバの基端に結合され、光源から出射されて反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部と、光量検出部の出力信号をカテーテルの先端部の曲がり度合いに変換するための情報を記憶する記憶素子とが設けられる。したがって、光ファイバのコアとクラッドの境界の一部に凹凸を形成するだけなので、プラスチック製の光ファイバで構成することができる。また、凹凸の方向が異なる2本の光ファイバセンサで曲がり方向を検出することができ、従来よりも少ない数の光ファイバで曲がり方向を検出することができる。また、分光器は不要であり、安価な光学系を使用することができる。また、光ファイバセンサの基端に光源と光量検出部を設け、その先端に反射部材を設けたので、光ファイバセンサをカテーテルともに動脈に挿入し、光ファイバセンサの基端からカテーテルの先端部の曲がり度合いを検出することができる。 In the bending degree detecting device according to the present invention, irregularities are formed at a part of the boundary between the core and the clad of the optical fiber, and the bending of the tip of the optical fiber out of the light propagating through the optical fiber incorporated in the catheter. an optical fiber sensor the amount of light is to leak from the irregularities to the outside of the optical fiber according to the degree, and a light source coupled to the proximal end of the optical fiber, and a reflection member provided on-edge of the optical fiber, A light amount detector coupled to the proximal end of the optical fiber, for detecting the amount of light emitted from the light source and reflected by the reflecting member, and for converting the output signal of the light amount detector into the degree of bending of the distal end of the catheter And a storage element for storing information . Therefore, since the unevenness is only formed at a part of the boundary between the core and the clad of the optical fiber, the optical fiber can be made of plastic. Further, the bending direction can be detected by two optical fiber sensors having different concave and convex directions, and the bending direction can be detected by a smaller number of optical fibers than in the prior art. Moreover, a spectroscope is unnecessary and an inexpensive optical system can be used. Further, a light source and a light amount detector is provided on the proximal end of the optical fiber sensor, is provided with the reflecting member to its destination end, the optical fiber sensor catheter together inserted into an artery, from the proximal end of the optical fiber sensor of the catheter tip it is possible to detect the degree of bend of.
図1および図2は、この発明の一実施の形態による曲がり度合い検出装置の光ファイバセンサ1の構成を示す断面図であり、特に、図1は中心軸1aを含む平面に沿って切断された光ファイバセンサ1の断面を示す図であり、図2は図1のII−II線断面図である。
1 and 2 are cross-sectional views showing a configuration of an
図1および図2において、この光ファイバセンサ1は光ファイバ2のコア3とクラッド4の境界の一部に凹凸面5を形成したものである。凹凸面5は、光ファイバ2の長さ方向に配列された複数の凹凸5aを含む。凹凸5aは、たとえば、コア3の外周面に中心軸1aと直交する方向に、底が円弧状の溝を切り込み、その溝をクラッド4の材料で埋めたような形状を有する。凹凸5aの外周のうちの少なくとも一部の外周の接線Lと中心軸1aとは交差する。
1 and 2, this
図1において、凹凸5aに入射しない光線Laは、コア3およびクラッド4の境界面と成す角度θaが臨界角θcより小さいので、コア3およびクラッド4の境界面で全反射して光ファイバ2内を伝播して行く。一方、凹凸5aに入射した光線Lbは、コア3およびクラッド4の境界面と成す角度θbが臨界角θcより大きいので、クラッド4の外へ放射され、光ファイバ2中を伝播して行くことができない。光ファイバ2では、コア3の屈折率n1とクラッド4の屈折率n2とが非常に近いので、臨界角θcは非常に小さい。なお、臨界角θcは、数式θc=sin−1√(2・Δ)≒√(2・Δ)で求められる。ここで、Δは比屈折率差であり、数式Δ=(n1−n2)/n1で求められる。
In FIG. 1, the light beam La that does not enter the
図1では、光ファイバ2が真直ぐな状態においても、クラッド4の外へ放射される光線Lbがある。図3に示すように、凹凸面5を外側にして光ファイバ2を内側にα度曲げると、クラッド4の外へ放射される光線が増える。また、αをマイナスにするように図3とは反対の方向に曲げると、クラッド4の外へ放射される光線が減少する。この現象を、次に説明する。
In FIG. 1, even when the
図1の凹凸面5において、コア3およびクラッド4の境界面を示す曲線を微小長さの多数の微小直線に分割し、各微小直線を延長した直線と光ファイバ2の中心軸(すなわち光ファイバセンサ1の中心軸1a)との成す角度を求め、角度と微小曲線の数との関係を図示すると図4の角度分布曲線Aが得られる。曲線Aは、0度で最大になり、なだらかな山型になる。
In the concavo-
通常の光ファイバ、あるいは図1の凹凸面5の無い部分において同様の処理を行なうと、コア3およびクラッド4の境界面と光ファイバ2の中心軸とは平行であるであるため、図4の角度分布曲線Bが得られる。曲線Bは、0度で最大になり、急峻な山型になる。
When the same processing is performed on a normal optical fiber or a portion without the
図4に、クラッド4の外に放射される光線の角度βcを追加する。βcは臨界角θcから光ファイバ2の曲げ角度αを引いたものである(βc=θc−α)。光ファイバ2の中心軸に対する光線の角度βが、βcよりも大きい場合、その光線はクラッド4より外に放射される。通常の光ファイバであっても、極端に曲げるとαが大きくなるので、βcが0に近づき、光線はクラッドの外へ放射されて光ファイバは光を伝播させることができない。
In FIG. 4, the angle βc of the light beam emitted outside the
凹凸面5においては、αが0であっても、βcよりも大きい角度を持つ凹凸5aがあるから、光はクラッド4より外に放射される。そして、光ファイバ2の曲がり度合いが変化すると、すなわちαが変化すると、βcが変化しクラッド4より外に放射される光の量が変わることになる。
On the
βcに対する曲げ角度αの影響は、中心軸に対して、片側の面ではプラスに作用し、反対側の面ではマイナスに作用するが、本発明では、片側の面のみに凹凸面5が設けられているので、反対側の面は影響を受けない。したがって、αの変化によって、クラッド4から外に放射される光線が増減するので、光ファイバ2のコア3内を通過する光の光量を測定することによって、凹凸面5に垂直な方向(図2ではY軸方向)の曲がり度合いを知ることができる。
The effect of the bending angle α on βc acts positively on one surface and negatively on the opposite surface with respect to the central axis, but in the present invention, the
したがって、図5に示すように、2本の光ファイバセンサ1を用意し、一方の光ファイバセンサ1の凹凸面5をY軸に垂直に配置し、他方の光ファイバセンサ1の凹凸面5をX軸に垂直(すなわちY軸に平行)に配置することにより、2次元の曲がり度合い、すなわち曲がり度合いと曲がり方向を検出することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, two
図6は、凹凸面5の形成方法を例示する断面図である。図6において、この凹凸面5の形成方法では、まず、光ファイバ2の外周面に中心軸1aと直交する方向に、底がV字型の溝を切り込む。溝の深さは、溝の底がコア3およびクラッド4の界面を越えてコア3に達するように設定される。また、溝は、所定のピッチで複数形成される。次に、複数の溝を埋めるようにしてクラッド4に相当する材料でコーティング層6を形成する。これにより、凹凸面5を容易に形成することができる。なお、光ファイバ2としては、プラスチック製のものを使用すれば容易に加工できるが、ガラス製のものを使用してもよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for forming the
図7(a)(b)は、図1〜図6で示した光ファイバセンサ1を用いた曲がり度合い検出装置の構成を示す断面図であり、特に、図7(a)は図7(b)のVIIA−VIIA線断面図であり、図7(b)は図7(a)のVIIB−VIIB線断面図である。
7 (a) and 7 (b) are cross-sectional views showing the configuration of the bending degree detecting device using the
図7(a)(b)において、この曲がり度合い検出装置は、2本の光ファイバセンサ1を備える。2本の光ファイバセンサ1の凹凸面5は、図5で示したように、それぞれY軸およびX軸に垂直に配置されている。各光ファイバセンサ1の先端面には、光を反射させるための反射膜10が形成され、その基端面はY分岐型光導波路11を介して光源部12と受光部13に接続されている。2本の光ファイバセンサ1は、体内の血管のような管に挿入するための医療器具であるカテーテル14内に設けられている。カテーテル14は可撓性を有する中空チューブである。2本の光ファイバセンサ1は、カテーテル14を貫通する中空部14aに沿ってカテーテル14内に封入されており、カテーテル14とともに曲がる。
7A and 7B, the bending degree detection device includes two
光源部12から出射された光線はY分岐型光導波路11を介して光ファイバセンサ1に入射され、光ファイバセンサ1中を伝播して反射膜10で反射され、光ファイバセンサ1中を再度伝播し、Y分岐型光導波路11を介して受光部13に入射される。このとき、光ファイバセンサ1中を伝播する光のうちの光ファイバセンサ1の曲がり度合いに応じた量の光が、凹凸面5から外部に漏れる。したがって、2本の光ファイバセンサ1のそれぞれにおいて受光部13の受光量を読み取ることで、カテーテル14先端の曲がり度合いおよび曲がり方向を検知することできる。
A light beam emitted from the
図8は、光ファイバセンサ1の曲率半径R(曲がり度合い)の逆数1/Rと、受光部13であるフォトダイオードの出力(受光量)との関係を示す図である。光源部12としてLEDを使用し、光ファイバ2として直径0.25mmのプラスチック製の光ファイバを使用した。光ファイバセンサ1の曲率半径Rは、図9に示すように、曲率中心から光ファイバセンサ1の凹凸面5が形成された部分までの距離(mm)とした。また、光ファイバセンサ1の曲率半径Rの極性は、凹凸面5を外側にして光ファイバセンサ1を内側に曲げたときを正とし、逆に曲げたときを負とした。図8に示すように、フォトセンサの出力は、1/Rに比例して大きくなった。したがって、フォトセンサの出力から光ファイバセンサ1の曲率半径Rすなわちカテーテル14の曲率半径Rを容易に求めることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the reciprocal 1 / R of the radius of curvature R (degree of bending) of the
なお、光源部12としてLEDを使用し、受光部13としてフォトダイオードを使用することにより、光源部12および受光部13を低価格で製造することができる。また、光源部12にLED用の駆動回路を組み込み、受光部13にフォトダイオード用の増幅回路を組み込んでもよい。また、Y分岐光導波路11も、2本のプラスチック製光ファイバを熱融着するなどして安価に製造することができる。また、光ファイバセンサ1とY分岐光導波路11と光源部12と受光部13は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されている。したがって、この曲がり度合い検出装置は、カテーテル14とともに使い捨てにすることができる。もし、光ファイバセンサ1と光源部12および受光部13とを別々に構成すると、両者の光軸あわせや接合部での反射が無視できず、使用時に校正しなくてはならず、使い勝手が悪い。
The
また、プラスチック製の光ファイバはガラス製の光ファイバに比べて、光ファイバ内での光の減衰が大きい。体内の管に挿入するカテーテル14の長さは1.5m程度であるので、光が光ファイバ2内を伝播する距離は往復で3m程度となる。したがって、光ファイバ2での光減衰は無視できないので、プラスチック製の光ファイバで最も光減衰が少ない色であるオレンジ色の光を使うことが好ましい。また、受光部13として使用されるフォトダイオードやフォトトランジスタの光感度は、赤から赤外の波長の光に対して最も高くなる。一方、プラスチック製の光ファイバでは赤外線の光減衰が大きいので、赤外線を使用することは好ましくない。したがって、光源部12から出射する光としては、プラスチック製の光ファイバを使用する場合には、オレンジから赤の波長の光が好ましい。
In addition, the optical fiber made of plastic has a greater attenuation of light in the optical fiber than the optical fiber made of glass. Since the length of the
以下、この実施の形態の種々の変更例について説明する。図10の変更例では、カテーテル14に4対の光ファイバセンサ1が組み込まれる。各光ファイバセンサ1には、図7で示したように、反射膜10、Y分岐型導波路11、光源部12、および受光部13が設けられている。4対の光ファイバセンサ1は、それぞれ曲がり度合い検出装置S1〜S4の主要部を構成している。曲がり度合い検出装置S1〜S4の光ファイバセンサ1の凹凸面5は、図11に示すように、カテーテル14の先端からの距離が異なる位置P1〜P4にそれぞれ配置されている。この変更例では、カテーテル14の先端部の4箇所の曲がり度合いおよび曲がり方向を検出できるので、カテーテル14の先端部の曲がり状態をより詳細に知ることができる。
Hereinafter, various modified examples of this embodiment will be described. In the modification of FIG. 10, four pairs of
図12の変更例では、図7の曲がり度合い検出装置の各光ファイバセンサ1にY分岐型光導波路15および受光部16が追加される。光源部12から出射された光は、Y分岐型光導波路11,15を介して光ファイバセンサ1に入射されるとともに、光受光部16に入射される。また、反射膜10で反射された光は、Y分岐型光導波路15,11を介して受光部13に入射される。受光部16によって光ファイバセンサ1に入射される前の光量を検出し、その検出結果に基づいて、光源部12から出射される光の量を一定に保つか、または受光部13で検出された反射光の量を補正する。これにより、より高精度の測定を行なうことができる。
In the modification of FIG. 12, a Y-branch type
図13の変更例では、図7の曲がり度合い検出装置の各光ファイバセンサ1に、補正用メモリ17およびコネクタ18が追加される。図7の曲がり度合い検出装置では、反射膜10の反射率、凹凸面5の角度分布、Y分岐型光導波路11の分岐配分、光源部12および受光部13と光ファイバセンサ1との結合状態などの影響を受けて、検出結果がばらつく。補正用メモリ17には、そのような検出結果のばらつきを補正するための情報が格納される。補正用メモリ17は、光源部12および受光部13とともにコネクタ18の入力端子群に取り付けられる。コネクタ18の出力端子群は、曲がり度合い検出装置の制御、曲がり度合いの演算、曲がり方向の演算などを行なうための制御部(図示せず)に接続される。医療用のカテーテル14は一般的に使い捨てであるので、補正用メモリ17などもカテーテル14とともに使い捨てされる。したがって、カテーテル14を交換すれば、補正用メモリ17なども一緒に交換されるので、検出結果のばらつきを容易に補正することができる。
In the modified example of FIG. 13, a correction memory 17 and a connector 18 are added to each
図14(a)(b)の変更例では、図13で示した曲がり度合い検出装置のコネクタ18が演算制御装置20を介してディスプレイ21に接続される。演算制御装置20は、曲がり度合い検出装置からの信号に基づいてカテーテル14の先端部の曲がり度合いおよび曲がり方向を求め、求めた曲がり状態のカテーテル14の先端部の画像をディスプレイ21に表示させる。カテーテル14の先端部の曲がり状態が変化すると、図14(a)(b)に示すように、画像も変化する。
14A and 14B, the connector 18 of the bending degree detection device shown in FIG. 13 is connected to the
カテーテル14は人体22の動脈に挿入される。術者23は、カテーテル14内に設けられた可撓性のガイドワイヤ(図示せず)を操作し、図15(a)に示すように、カテーテル14の先端を脳動脈24を介して脳動脈瘤25内に誘導する。次に術者23は、カテーテル14の先端が動かないように、カテーテル14の先端部に適当な湾曲をつけ、湾曲部によってカテーテル14を血管壁に保持する。次いで術者23は、カテーテル14の中空部14aにワイヤ26を挿入し、そのワイヤ26を使用して脳動脈瘤25内に塞栓材(白金コイル)27を詰め込んでいく。塞栓材27が十分詰め込まれると、塞栓材27を詰め込むことができなくなるので、詰め込もうとする力は、図15(b)に示すように、カテーテル14の曲がり度合いを大きくしようと作用する。術者23は、ディスプレイ21に表示されたカテーテル14先端の様子から、塞栓材27の詰め込みが十分かどうかを判断することができる。
The
図16の変更例では、より高精度に曲がり度合いを検出するため、2本の光ファイバセンサ1に加え、補正用光ファイバセンサ30が設けられる。補正用光ファイバセンサ30は、凹凸面5が設けられていない点を除けば、光ファイバセンサ1と同じ構成である。補正用光ファイバセンサ30の一方端面には反射膜10が設けられ、その他方端面はY分岐型光導波路11を介して光源部12および受光部13に接続されている。
In the modified example of FIG. 16, a correction
光ファイバセンサ1を極端に屈曲させると、凹凸面5以外の部分でも光が漏れるので、途中経路に極端な屈曲部が存在する場合は、受光部13に到達する光の量が減少し、カテーテル14先端部の曲がり度合いの検出精度が劣化する。補正用光ファイバセンサ30には凹凸面5がないので、補正用光ファイバセンサ30に対応する受光部13における光量の減少は、途中経路の極端な屈曲部の存在に起因する。したがって、その減少分を各光ファイバセンサ1に対応する受光部13における受光量に加算することにより、途中経路の極端な屈曲部の影響をなくすことができ、カテーテル14先端部の曲がり度合いを精度良く検出することができる。
When the
図17の変更例では、より高精度に曲がり度合いを検出するため、3本の光ファイバセンサ1が使用される。3本の光ファイバセンサ1の凹凸面5は、順次120度ずつずらして配置される。このように配置された3本の光ファイバセンサ1に接続された3つの受光部13の受光量を加算すると、凹凸面5の影響をキャンセルすることができる。したがって、3本の光ファイバセンサ1用の3つの受光部13における受光量をそれぞれの感度に合わせて補正し、その平均値を計算することで、途中経路における極端な屈曲部による光量の減少が分かる。この平均値の減少量により、各受光部13の受光量を補正し、曲げ方向と曲げ度合いを計算すれば、カテーテル14先端部の曲がり度合いを精度良く検出することができる。
In the modified example of FIG. 17, three
なお、この実施の形態では、光ファイバセンサ1をカテーテル14に取り付けたが、これに限るものではなく、カテーテル14を誘導するガイドワイヤのような細長い線状体に光ファイバセンサ1を取り付けてもよい。
In this embodiment, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 光ファイバセンサ、1a 中心軸、2 光ファイバ、3 コア、4 クラッド、5 凹凸面、5a 凹凸、6 コーティング層、10 反射膜、11,15 Y分岐型光導波路、12 光源部、13,16 受光部、14 カテーテル、14a 中空部、S1〜S4 曲がり度合い検出装置、P1〜P4 位置、17 補正用メモリ、18 コネクタ、20 演算制御装置、21 ディスプレイ、22 人体、23 術者、24 脳動脈、25 脳動脈瘤、26 ワイヤ、27 塞栓材、30 補正用光ファイバセンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記カテーテルとともに曲がるように前記カテーテルに組み込まれた光ファイバを含む光ファイバセンサを備え、
前記光ファイバのうちの前記カテーテルの先端部に対応する部分においてコアとクラッドの境界の一部に凹凸が形成され、前記光ファイバ内を伝播する光のうちの、前記カテーテルの先端部の曲がり度合いに応じた量の光が前記凹凸から前記光ファイバの外部に漏れるようにされており、
さらに、前記光ファイバの基端に結合された光源と、
前記光ファイバの先端に設けられた反射部材と、
前記光ファイバの基端に結合され、前記光源から出射されて前記反射部材によって反射された光の量を検出する光量検出部と、
前記光量検出部の出力信号を前記カテーテルの先端部の曲がり度合いに変換するための情報を記憶する記憶素子とを備えたことを特徴とする、曲がり度合い検出装置。 After inserting the catheter into the artery of the human body, manipulating the guide wire provided in the catheter to guide the tip of the catheter into the aneurysm, curving the tip of the catheter and holding it on the blood vessel wall, A wire is inserted into the hollow portion of the catheter, the embolization material is packed into the aneurysm using the wire, and the embolization material is packed into the aneurysm based on the bending state of the distal end portion of the catheter. In the embolization operation of the aneurysm to determine whether it is sufficient, a bending degree detection device for detecting the bending degree of the distal end portion of the catheter ,
An optical fiber sensor comprising an optical fiber incorporated into the catheter so as to bend with the catheter;
The uneven portion of the core and the cladding boundary at the portion corresponding to the distal end of the catheter out of the optical fiber is formed, of the light propagating through the pre-Symbol light in the fiber, the bending of the distal portion of the catheter light in an amount corresponding to the degree of being as leaking out of the optical fiber from the uneven,
Furthermore, a light source coupled to the proximal end of said optical fiber,
A reflecting member provided on-edge of the optical fiber,
A light amount detection unit coupled to the base end of the optical fiber and detecting the amount of light emitted from the light source and reflected by the reflecting member ;
A bending degree detection apparatus comprising: a storage element that stores information for converting an output signal of the light amount detection unit into a bending degree of the distal end portion of the catheter .
前記光源と前記光量検出部と前記光ファイバと前記光分岐部は、光軸が合わされた状態で分離不能に固着されていることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の曲がり度合い検出装置。 Provided between the light source, the light amount detection unit, and a base end of the optical fiber, the light emitted from the light source enters the optical fiber, and the light reflected by the reflecting member is the light amount detection unit. A light branching unit that is incident on
The bending degree according to claim 1 or 2, wherein the light source, the light amount detection unit, the optical fiber, and the optical branching unit are fixed inseparably in a state where optical axes are aligned. Detection device.
前記光ファイバの外周面に前記光ファイバの中心軸と直交する方向のV字型の溝を、前記溝の底が前記光ファイバのクラッドおよびコアの界面を越えてコアに達するようにして所定のピッチで複数切り込み、
複数の前記溝を埋めるようにして前記クラッドに相当する材料でコーティング層を形成したものであることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の曲がり度合い検出装置。 The unevenness is
A V-shaped groove in a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber is formed on the outer peripheral surface of the optical fiber, and the groove bottom reaches a core beyond the interface between the cladding and the core of the optical fiber. Multiple cuts at the pitch,
4. The bending degree detection apparatus according to claim 1, wherein a coating layer is formed of a material corresponding to the clad so as to fill a plurality of the grooves .
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