JP5522016B2 - プローブ - Google Patents

Description

本発明は、生体管腔内の測定対象部位に照射光を照射して測定対象部位から放射される放射光を受光するための光学系を含む測定部を備えて当該放射光を測定するためのプローブに関する。

従来、生体管腔内における生体組織の測定対象部位へ励起光などの照射光を照射し、この照射光によって生体組織や、予め生体に注入しておいた薬物から発生する蛍光などの放射光を検出するプローブが開発されており、生体組織の変性や癌等の疾患状態（例えば、疾患の種類や浸潤範囲）の診断に用いられている。
このようなプローブは、光源装置からの照射光を導光して生体の測定対象部位に照射し病変部から放射される放射光を受光し、分析装置に導光するために光ファイバー、プリズム等の光学系を含む測定部を有する。

このプローブによって測定を行う際にはプローブを管腔内に安定的に保持する必要がある。
特許文献１には、プローブと体腔組織表面とを安定した位置関係に保つために、互いに軸方向に離れた先端バルーンと基端バルーンとを備えたプローブが記載されている。同ブローブにあっては、照射光を照射し放射光を受光する光学レンズがプローブ外筒の内側の空間に配置されている。そして、プローブ外筒の光学レンズよりも先端側に先端バルーンが固定されている。基端バルーンは棒部材の連結された移動部材上に設けられ、プローブ外筒の外表面に沿ってプローブ外筒の長手方向に進退可能に構成されている。したがって、基端バルーンに対して、先端バルーン及び光学レンズを離したり近づけたりすることができる。なお、同ブローブにあっては、光学レンズは長手軸を中心に回動するように構成されているが、プローブ外筒は光学レンズとともに回動せず、プローブ外筒内で光学レンズのみが回転する。

特開２０１０−１２５２７４号公報

しかし、以上の従来技術においては、次のような問題があった。
生体管腔には屈曲部が存在しており、この屈曲部にプローブが位置する場合は、２つのバルーン間でプローブを湾曲させなければならないことがある。特許文献１に記載されるプローブにおいては、プローブ外筒に対して光学レンズを回動し得るように構成しているため、光学レンズの周囲とプローブ外筒との間には空間が設けられている。従って、上述のように、２つのバルーン間でプローブ外筒が湾曲すると、光学レンズがプローブ外筒の湾曲に追従せず、生体管腔との距離が意図したものにならない恐れがある。特に、光学レンズを長手軸中心に回動させて測定する場合は、回動位置によって光学系を含む測定部と生体管腔との間の距離が変化し、正確に測定を行えない可能性がある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、生体管腔内の測定対象部位に照射光を照射して測定対象部位から放射される放射光を受光するための光学系を含む測定部を備えた当該放射光を測定するためのプローブであって、プローブが湾曲した場合であっても、精度よく測定が行えるプローブを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、生体管腔内の測定対象部位に照射光を照射して測定対象部位から放射される放射光を受光するための光学系を含む測定部を備えた当該放射光を測定するためのプローブにおいて、
前記測定部が先端部に内装された可撓性を有するインナーチューブと、
前記インナーチューブが内部に挿通され、少なくとも前記インナーチューブの先端部が延出可能に前記インナーチューブを長手方向に移動自在に支持するアウターチューブと、
前記インナーチューブの先端部に設けられた膨張収縮自在のインナーチューブバルーンと、
前記アウターチューブに設けられた膨張収縮自在のアウターチューブバルーンと、を備え、
前記インナーチューブは、曲げ変形時に前記測定部を前記インナーチューブの径方向における所定位置に保持する保持部材を含み、
前記生体管腔内において、前記インナーチューブの先端部が前記アウターチューブから延出しかつ前記インナーチューブバルーン及び前記アウターチューブバルーンが膨張して前記生体管腔表面に当接した状態とすることにより、前記プローブが前記生体管腔内に位置決めされたときに、前記測定部は前記生体管腔の径方向における中心領域に保持されることを特徴とするプローブである。

請求項２記載の発明は、前記保持部材は、前記インナーチューブ内に充填された可撓性充填材である請求項１に記載のプローブである。

請求項３記載の発明は、前記インナーチューブは、前記アウターチューブによって前記アウターチューブの長手軸回りに回動自在に支持され、前記測定部は前記インナーチューブの回動とともに一体的に回動する請求項１又は請求項２に記載のプローブである。

請求項４記載の発明は、前記インナーチューブバルーンは、前記インナーチューブに対して回動自在に取り付けられている請求項３に記載のプローブである。

請求項５記載の発明は、前記測定部は前記インナーチューブバルーンと前記アウターチューブバルーンとの間に配置されている請求項１〜４のいずれか一に記載のプローブである。

請求項６記載の発明は、前記測定部は単数又は円周上に点在する複数で構成されている請求項１〜５のいずれか一に記載のプローブである。

請求項７記載の発明は、前記測定部は、被験者の体外に設置される光源から前記照射光を導光する光ファイバーを備える請求項１〜６のいずれか一に記載のプローブである。

本発明によれば、アウターチューブからインナーチューブを延出させて測定を行う場合に、照射光を照射し放射光を受光する測定部は、２つのバルーンによって生体管腔内に安定して位置決めされ、しかも、インナーチューブに曲げ変形があっても、保持部材によりインナーチューブ内の径方向の所定位置に保持されるので、測定部と生体管腔との間隔を意図した距離におくことができ、高精度で測定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るプローブの縦断面図であり、(a)はインナーチューブが収容された状態、(b)はインナーチューブが繰り出された状態を示す。 本発明の一実施形態に係るプローブの縦断面図(a)並びにＡ−Ａ断面(b)(c)で、図(b)と図(c)とは異なる構成例を示す。 本発明の一実施形態に係る測定システムの構成ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る測定手順例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るプローブの測定部付近の縦断面図であり、図(a)と図(b)とは異なる構成例を示す。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。以下の実施形態においては、蛍光測定用のプローブを例として説明する。

図１は、本実施形態のプローブ１の縦断面図であり、プローブ１における可動部分の動きを図示している。図２においては、本実施形態のプローブ１が生体の管腔の大径部２からその先の小径部３にかけて挿入された状態が示される。
本プローブ１は、インナーチューブ４と、アウターチューブ５と、インナーチューブバルーン６と、アウターチューブバルーン７と、可撓性充填材８と、光ファイバーペア９と、測定部１０とを備えて構成されている。
そして、本プローブ１を用いた測定システム全体としては、図３に示すようにさらに励起光の光源１１と、蛍光を検出する検出器１２と、データ処理と各部の制御を行うＣＰＵ１３と、インナーチューブ４の駆動機構１４と、駆動力伝達部材１５とを備える。

本プローブ１の体内への挿入形態は、内視鏡に形成されたチャネルを通して行う形態のものであっても良いし、内視鏡とは独立して単体で体内に挿入される形態であってもよい。

光ファイバーペア９は、励起光導光用の光ファイバーと、受光光導光用の光ファイバーとからなる。
光源１１からの励起光が光ファイバーペア９の励起光導光用の光ファイバーによって導光され、測定部１０に至る。
測定部１０は、本プローブ１において励起光を出射して生体組織の測定対象部位に照射し測定対象部位から放射される放射光を受光する部分である。
そのために測定部１０にはプリズムや集光レンズなどの光学部品からなる光学系が設けられている。
光ファイバーペア９の励起光導光用の光ファイバーによって導光された励起光は、測定部１０で進行方向がインナーチューブ４の側方に向けられインナーチューブ４から出射して測定対象部位上に集光される。図２においてＬはインナーチューブ４からの出射光を示す。

照射された励起光により測定対象部位では、病変状態に従って蛍光が発生する。発生した蛍光と生体組織表面での反射光が含まれる測定対象部位からの放射光が本プローブ１のインナーチューブ４を透過して測定部１０に入射する。
本プローブ１に受光される放射光は、測定部１０を介して光ファイバーペア９の受光光導光用の光ファイバーに入射される。
さらに同光ファイバーに取り込まれた放射光は、同光ファイバーにより導光され、検出器１２に入力される。

蛍光は、広義には、Ｘ線や紫外線、可視光線が照射された被照射物が、そのエネルギーを吸収することで電子が励起し、それが基底状態に戻る際に余分なエネルギーを電磁波として放出するものである。ここでは、励起光（参照光）によって、その波長とは異なった波長の蛍光が戻り光として生じるので、検出器１２において入力された放射光をスペクトル分析して蛍光の強度を測定し、その測定値をデジタルデータ化してＣＰＵ１３に入力する。
ＣＰＵ１３は、この蛍光測定データをデータ記録装置に記録したり、画像表示装置に表示したりするデータ処理を行う。また、ＣＰＵ１３は、内視鏡撮影などで得た測定対象部位の表面画像と蛍光測定データとを重ね合わせた画像を合成するデータ処理を行い、またこれをデータ記録装置に記録したり、画像表示装置に表示したりするデータ処理を行う。

さて、本プローブ１おいてアウターチューブ５はその両端が開口した構成を有し、インナーチューブ４はアウターチューブ５の内部に挿通されている。インナーチューブ４及びアウターチューブ５は、可撓性材料で形成されており、生体管腔の屈曲部に沿って湾曲し得るものである。
光ファイバーペア９及び測定部１０はインナーチューブ４に内装されている。
インナーチューブ４の先端部４ａには、基端側から延在する光ファイバーペア９の先端部が光学的に接続された測定部１０が配置されている。
インナーチューブバルーン６は、インナーチューブ４の先端部４ａの先端面にインナーチューブ４に対して相対回転自在に付設されている。具体的には先端部４ａの先端面にインナーチューブ４に対して回転自在に取り付けられた部材の全周を囲むようにインナーバルーン６が設けられている。
アウターチューブバルーン７は、アウターチューブ５の先端部の外周に周設されている。

インナーチューブバルーン６及びアウターチューブバルーン７は、プローブに設けられた図示しないエア流路を通じて本プローブ１の基端側からのエアの供給とその排出とを行うことにより、膨張収縮自在である。アウターチューブバルーン７は、アウターチューブ５の先端部を管腔中央に保持するように、周囲に均等な厚みで膨張する。インナーチューブバルーン６は、インナーチューブ４の先端部を管腔中央に保持するように、周囲に均等な厚みで膨張する。したがって、図２に示すようにインナーチューブバルーン６及びアウターチューブバルーン７が管腔内で膨張することによってインナーチューブ４の先端部４ａが管腔中央に保持される。

インナーチューブ４内には可撓性充填材８が充填されている。可撓性充填材８は、光ファイバーペア９及び測定部１０の周囲を覆うことにより、インナーチューブ４の径方向における定位置に保持する保持部材として機能する。なお、測定部１０の測定を妨げないようにするために、図５に示すように、測定部１０に面する側に配される充填材を透光性の弾性材料８ａにしたり（図５(a)参照）、充填材８に測定部１０のサイズよりも小さい開口部８ｂを設けるようにしたりしている（図５(b)参照）。
インナーチューブ４は、図１に示すように、アウターチューブ５に対して長手軸方向に移動自在にされ、かつ、長手軸回りに回動自在にされている。インナーチューブ４とともに測定部１０を回動させることにより、測定対象の広範囲の測定情報を効率よく得ることができる。また、インナーチューブ４はそれ自体が可撓性であるため、アウターチューブ５から延出した部位（延出部４ｂ）が湾曲可能であり、図１(b)の矢印Ｂで示すように、アウターチューブの長手軸に対して揺動することもできる。
インナーチューブ４の基端は、駆動力伝達部材１５を介して駆動機構１４に接続されている。駆動機構１４は、出力軸を回転及び直動駆動する機構である。駆動機構１４の出力軸に軸回りのトルク及び軸方向力を伝達可能な駆動力伝達部材１５が接続される。駆動力伝達部材１５によって、駆動機構１４の回転及び直動の駆動出力がインナーチューブ４に伝達される。したがって、駆動機構１４の出力によりインナーチューブ４は、アウターチューブ５に対して長手軸方向に移動したり、長手軸回りに回動したりする。

測定部１０は、インナーチューブ４とともに一体的に回動するようにインナーチューブ４内の所定位置に保持されている。
また、図２に示すように、インナーチューブ４の延出部４ｂが曲げ変形するときも測定部１０は可撓性充填材８により先端部４ａ内の径方向の定位置に保持されている。すなわち、インナーチューブ４の延出部４ｂがいかに変形しても、また回動及び直動しても、測定部１０は、例えば、図２(b)に示すように先端部４ａのほぼ中心（半径０位置）、図２(c)に示すように中心からほぼ一定の半径位置に保持されている。すなわち、生体管腔の径方向における中心領域に保持される。したがって、延出部４ｂの湾曲によって生体管腔内面に対する測定部１０の位置が意図した距離にならないということが回避され、また、回動走査時における測定部１０と管腔内面との距離の変化が抑えられる。
なお、図２(b)は、測定部１０を単数として中心に配置した例を、図２(c)は測定部１０を円周上に点在する複数とした例を示す。図２(c)の構成例にあっては、測定方向は放射状に均等に配置される。前者は、高精度な測定部を用いたり、測定部を小型化したりする場合に有利である。後者は、短時間で測定を終えたい場合に有利である。

インナーチューブ４は、内部は中空ではなく、内部に可撓性充填材８が充填されていることによって軸方向の圧縮・引張剛性、捩り剛性が適度に高められている。そのため、インナーチューブ４の根元部に駆動機構１４から回動・直動の駆動力が与えられたとき、途中で縒れたり皺になったりすることなく、延出部４ｂにその駆動力が円滑に伝達される。したがって、インナーチューブ４の根元部の回動量及び直動量に応じた回動・直動運動を延出部４ｂにさせることができる。すなわち、駆動機構１４により延出部４ｂの回動・直動動作を精度良く制御することができる。そして、可撓性充填材８の可撓性によってインナーチューブ４をしなやかに曲げ変形自在にする適度な曲げ剛性が達成されている。

ＣＰＵ１３は、光源１１、検出器１２、駆動機構１４並びにインナーチューブバルーン６及びアウターチューブバルーン７の膨張収縮を制御する。
測定方法は例えば以下による。
図４に示すように、まず本プローブ１を体内に挿入し（ステップＳ１）、例えば図２(a)に示す位置にくるような初期基準位置まで挿入する（ステップＳ２）。延出部４ｂはアウターチューブ５から延出しているため、アウターチューブ５を含めて挿入する場合よりも、より細い小径部３に延出部４ｂを挿入可能である。
次に、操作入力によりＣＰＵ１３に指示を入力し、これを受けてＣＰＵ１３はアウターチューブバルーン７を膨張させ（ステップＳ３）、必要に応じてインナーチューブ４を直動させてアウターチューブ５から繰り出し（ステップＳ４）、さらにインナーチューブバルーン６を膨張させ（ステップＳ５）、管腔に励起光を照射する（ステップＳ６）。そして放射光を検出し（ステップＳ７）、ＣＰＵ１３は必要な解析やデータ処理を実行して放射光に関する情報を取得する（ステップＳ８）。この後、全周の測定が終了するまで、インナーチューブを所定量回動させる動作（ステップＳ１０）と、励起光照射（Ｓ６）〜放射光情報取得までの工程（Ｓ８）を繰り返す（ステップＳ９でＮＯの場合）。ここで、アウターチューブ５はアウターチューブバルーン７により管腔大径部２に位置決めされ、インナーチューブ４の先端側はインナーチューブバルーン６によって管腔小径部３に位置決めされている。インナーチューブバルーン７の近傍に測定部１０が位置しているため、インナーチューブ４の延出部４ｂが曲がっていても測定部１０はほぼ管腔小径部３の中心部に位置しており、精度よく測定を行うことができる。なお、管腔の所定位置において全周を測定する場合に必要なインナーチューブ４の長手軸周りの回動量は、図２(b)の構成例にあっては、３６０度程度、図２(c)の構成例にあっては９０度程度であり。測定部１０を円周上に点在する複数とした図２(c)の構成例の方が全周の測定に必要な回動量は小さくて済み、より迅速に測定を行える。本実施形態では、所定量ずつインナーチューブ４を回動させているが、一定の速度で回動させながら励起光照射と放射光検出を行うようにしてもよい。

ＣＰＵ１３は、以上の回動走査により全周の測定が終了すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、インナーチューブバルーン６を収縮させ（ステップＳ１１）、測定を終了するか否か判断し（ステップＳ１２）、ステップＳ１２でＮＯの場合、インナーチューブ４を直動させて測定部１０の軸方向の位置を移動し（ステップＳ１３）、ステップＳ５に処理を帰還させて測定を続行する。
ＣＰＵ１３は、ステップＳ１２でＹＥＳの場合、インナーチューブ４を基端方向に直動させてアウターチューブ５内に収容し（ステップＳ１４）、さらに、アウターチューブバルーン７を収縮させる（ステップＳ１５）。
その後、本プローブ１を体内から抜き出し測定を終了する（ステップＳ１６）。
なお、ステップＳ１６にてアウターチューブバルーン７の位置（基準位置）を移動する場合は、その移動を行った後ステップＳ３に処理を帰還させる。

以上の実施形態においては、励起光を測定対象部位へ照射するとともに、この励起光に起因して生じる蛍光を受光することとして説明したが、照射光に起因して生じる散乱光またはラマン散乱光を受光することとしてもよい。これらの場合であっても、生体組織の変性や癌などの疾患状態の診断を行うことができる。

１ プローブ
４ インナーチューブ
４ａ 先端部
４ｂ 延出部
５ アウターチューブ
６ インナーチューブバルーン
７ アウターチューブバルーン
８ 可撓性充填材
９ 光ファイバーペア
１０ 測定部

Claims (7)

1. 生体管腔内の測定対象部位に照射光を照射して測定対象部位から放射される放射光を受光するための光学系を含む測定部を備えた当該放射光を測定するためのプローブにおいて、
   前記測定部が先端部に内装された可撓性を有するインナーチューブと、
   前記インナーチューブが内部に挿通され、少なくとも前記インナーチューブの先端部が延出可能に前記インナーチューブを長手方向に移動自在に支持するアウターチューブと、
   前記インナーチューブの先端部に設けられた膨張収縮自在のインナーチューブバルーンと、
   前記アウターチューブに設けられた膨張収縮自在のアウターチューブバルーンと、を備え、
   前記インナーチューブは、曲げ変形時に前記測定部を前記インナーチューブの径方向における所定位置に保持する保持部材を含み、
   前記生体管腔内において、前記インナーチューブの先端部が前記アウターチューブから延出しかつ前記インナーチューブバルーン及び前記アウターチューブバルーンが膨張して前記生体管腔表面に当接した状態とすることにより、前記プローブが前記生体管腔内に位置決めされたときに、前記測定部は前記生体管腔の径方向における中心領域に保持されることを特徴とするプローブ。
2. 前記保持部材は、前記インナーチューブ内に充填された可撓性充填材である請求項１に記載のプローブ。
3. 前記インナーチューブは、前記アウターチューブによって前記アウターチューブの長手軸回りに回動自在に支持され、前記測定部は前記インナーチューブの回動とともに一体的に回動する請求項１又は請求項２に記載のプローブ。
4. 前記インナーチューブバルーンは、前記インナーチューブに対して回動自在に取り付けられている請求項３に記載のプローブ。
5. 前記測定部は前記インナーチューブバルーンと前記アウターチューブバルーンとの間に配置されている請求項１〜４のいずれか一に記載のプローブ。
6. 前記測定部は単数又は円周上に点在する複数で構成されている請求項１〜５のいずれか一に記載のプローブ。
7. 前記測定部は、被験者の体外に設置される光源から前記照射光を導光する光ファイバーを備える請求項１〜６のいずれか一に記載のプローブ。

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