JP5864182B2 - モータ駆動装置及び画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置及び画像診断装置に関するものである。

従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルまたはステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために、超音波画像診断装置や、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）（例えば、特許文献１参照）、その改良型である、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）が利用されている（以下、本明細書において、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）と、波長掃引を利用した光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）とを併せて「光画像診断装置」と呼び、さらに超音波画像診断装置も含めて「画像診断装置」と呼ぶこととする）。

超音波画像診断装置では、例えば血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ）が知られている。血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ）は、血管内において、超音波振動子からなる送受信部が内蔵された超音波プローブ部をラジアル動作させ、被検者の生体組織で反射した反射波（超音波エコー）を送受信部で受信した後、増幅、検波等の処理を施すことにより生成した超音波エコー信号の強度に基づいて、血管の断面画像を描出する。

光画像診断装置では、光ファイバの先端に光学レンズおよび光学ミラー（送受信部）が取り付けられたイメージングコアを内挿した光プローブ部を、血管などの生体組織の管腔内に挿入し、イメージングコアを回転させながら先端の送受信部から生体組織に測定光を出射するとともに、生体組織からの反射光を受光することで生体管腔内におけるラジアル走査を行う。そして、該受光した反射光と参照光とを干渉させることにより生成した干渉光に基づいて、生体組織の断面画像を描出する。

一般に、画像診断装置におけるイメージングコアのラジアル走査には、スキャナ／プルバック部と呼ばれるモータ駆動装置が利用される。スキャナ／プルバック部は、スキャナ部とプルバック部とから構成されており、プローブ部はスキャナ部の先端部分に着脱可能に取り付けられる。

ここで、イメージングコアのラジアル走査に際しては、スキャナ部を一旦、後方に移動させ、スキャナ部の先端側の取り付けスペースを確保したうえでプローブ部の取り付けを行い、その後、前進端まで移動させたうえで、プルバック動作を行うという手順を踏む。

また、プルバック動作により生体組織の断面画像の描出が完了した後、再度、断面画像の描出を行う場合には、後進端にあるスキャナ部を、再び、前進端まで移動させる必要がある。

このように、スキャナ／プルバック部の利用においては、スキャナ部を前進端まで移動させる操作が不可欠であり、従来は、押圧時間に比例した距離だけスキャナ部が移動するよう構成された前進ボタンを設け、ユーザがこれを操作することで、スキャナ部を前進端まで移動させていた。

国際公開第２００９／１５４１０３号パンフレット

しかしながら、前進ボタンの場合、前進端で精度よく停止させることは困難であり、例えば、前進ボタンの押圧を解放するタイミングが遅れた場合には、プローブ部の突き当て部がシース基端に衝突し、プローブ部を破損させてしまうことがあった。

一方で、プローブ部の移動速度を落としたうえで前進ボタンの押圧を行うことで衝突を回避することは可能となるが、この場合、前進端までの移動に時間がかかってしまい、ユーザの作業効率が低下することとなる。

また、衝突を回避するために、前進ボタンの押圧を解放するタイミングを早くしすぎると、スキャナ部が前進端までの距離を残した状態で停止することとなり、結果、十分なプルバック量を確保することができなくなってしまう。

このようなことから、画像診断装置のスキャナ／プルバック部においては、スキャナ部の前進端への移動を素早く行うことができ、かつ、プローブ部を破損させることなく前進端において精度よく停止させることができる構成となっていることが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、画像診断装置のスキャナ／プルバック部において、プローブ部を破損させることなく、スキャナ部の前進端への移動を精度よくかつ効率的に行うことができるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係るモータ駆動装置は以下のような構成を備える。即ち、
シース基端を有するカテーテルシースと、前記カテーテルシースの内部を移動し且つ信号の送受信を連続的に行う送受信部と、前記送受信部に接続されたシャフトとを有するプローブ部が取り付けられるモータ駆動装置であって、
前記シャフトが取り付けられ、前記シャフトを介して前記送受信部を回転させるスキャナ部と、
前記シース基端を固定するとともに、前記送受信部を前記カテーテルシースの内部で移動させるために、前記シャフトに設けられた突き当て部と前記シース基端とが近づくように前記スキャナ部を直進動作させるスキャナ移動部と、
前記スキャナ部を直進動作させる場合に、前記突き当て部が前記シース基端から所定距離だけ離れた位置に到達したことを検出する検出部と、を備え、
前記スキャナ移動部は、前記所定距離より長い間隔で配置された前記シース基端と前記突き当て部とを近づけて接触させるように前記スキャナ部を直進動作させる場合に、前記検出部が検出するまでの間、第１の速度設定値に基づいて速度制御を行い、前記検出部が検出した後は、前記第１の速度設定値よりも小さい第２の速度設定値に基づいて速度制御を行う制御部を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像診断装置のスキャナ／プルバック部において、プローブ部を破損させることなく、スキャナ部の前進端への移動を精度よくかつ効率的に行うことができるようになる。

本発明の一実施形態にかかる光画像診断装置の外観構成を示す図である。 光プローブ部の構成を示す図である。 スキャナ／プルバック部の構成を示す図である。 スキャナ部を直進動作させるための機能構成を示す図である。 プルバック部における自動前進制御処理の流れを示すフローチャートである。 自動前進制御処理におけるスキャナ部の直進動作の様子を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態の詳細について説明する。

［第１の実施形態］
１．光画像診断装置の外観構成
はじめに、スキャナ／プルバック部を備える光画像診断装置について説明する。図１は本実施形態にかかるスキャナ／プルバック部を備える光画像診断装置（光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）または波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ））１００の外観構成を示す図である。

図１に示すように、光画像診断装置１００は、光プローブ部１０１と、スキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４により接続されている。

光プローブ部１０１は、直接生体組織（血管等）の管腔内に挿入され、伝送された測定光を連続的に生体組織に向けて送信するとともに、生体組織からの反射光を連続的に受信する送受信部をその先端に備えるイメージングコアを内挿しており、該イメージングコアを用いることで生体組織の状態を測定する。

スキャナ／プルバック部（モータ駆動装置）１０２は、光プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられるよう構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部１０１に内挿されたイメージングコアのラジアル動作（体腔内の軸方向の動作及び回転方向の動作）を実現している。また、送受信部が受信した反射光を取得するとともに、信号線１０４を介して該取得した反射光を操作制御装置１０３に送信する。なお、スキャナ／プルバック部１０２の詳細な構成については、後述する。

操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、生体組織の断面画像として表示するための機能を備える。

操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られた反射光と、測定光を分離することで得られた参照光と、を干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、断面画像を体腔内の軸方向に複数生成する。１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。

１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された生体組織の複数の断面画像を表示する。

２．光プローブ部の構成
次に、光プローブ部１０１の全体構成について図２を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、光プローブ部１０１は、生体管腔内に挿入される長尺のカテーテルシース２０１と、ユーザが操作するために生体管腔内に挿入されず、ユーザの手元側に配置されるコネクタ部２０２とにより構成される。カテーテルシース２０１の先端には、ガイドワイヤルーメンを構成するチューブ２０３が設けられており、カテーテルシース２０１は、チューブ２０３との接続部分からコネクタ部２０２との接続部分にかけて連続する管腔が形成されている。

カテーテルシース２０１の管腔内部には、測定光を送受信する送受信部２２１と、光ファイバケーブルを内部に備え、それを回転させるための駆動力を伝達するコイル状の駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０が、カテーテルシース２０１のほぼ全長にわたって挿通されている。

コネクタ部２０２は、カテーテルシース２０１の基端に一体化して構成されたシースコネクタ２０２ａと、駆動シャフト２２２の基端に駆動シャフト２２２を回転可能に固定して構成された駆動シャフトコネクタ２０２ｂとを備える。

シースコネクタ２０２ａとカテーテルシース２０１との境界部には、耐キンクプロテクタ２１１が設けられている。これにより所定の剛性が保たれ、急激な物性の変化による折れ曲がり（キンク）を防止することができる。

シースコネクタ２０２ａと駆動シャフトコネクタ２０２ｂとの境界部のシース基端２１２は、光プローブ部１０１をスキャナ／プルバック部１０２に取り付ける際に、後述するプルバック部側に着脱可能に固定される。一方、駆動シャフトコネクタ２０２ｂの基端は、後述するスキャナ部の先端装置に着脱可能に取り付けられる。

これにより、スキャナ部がプルバック動作した場合に、駆動シャフトコネクタ２０２ｂが矢印２３０方向（後方向）に直進し、イメージングコア２２０が軸方向に動作する（図２（ｂ）参照）。

なお、駆動シャフトコネクタ２０２ｂの先端側には、突き当て部２１３が設けられており、スキャナ部が前方向へ直進動作（前進）した場合（矢印２３０と反対方向に直進動作した場合）、シース基端２１２に突き当て部２１３が当接することにより、駆動シャフトコネクタ２０２ｂの前進端位置が規定されることとなる。

３．スキャナ／プルバック部の全体構成
次に、本実施形態に係るスキャナ／プルバック部１０２の外観構成について図３を用いて説明する。図３は、スキャナ／プルバック部１０２の外観構成の詳細を説明するための図である。図３に示すように、スキャナ／プルバック部１０２は、光プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられ、光プローブ部１０１に内挿されたイメージングコア２２０を回転させるためのスキャナ部３００と、該スキャナ部３００を矢印２３０方向に直進動作させることで、光プローブ部１０１に内挿されたイメージングコア２２０を生体管腔の軸方向に動作させるプルバック部（スキャナ移動部）３１０とを備える。

スキャナ部３００には、イメージングコア２２０を回転させるための回転動作用モータが内蔵されており、最大で９６００ｒｐｍの回転速度を実現する。一方、プルバック部３１０には、スキャナ部３００を直進動作させることでイメージングコア２２０を生体管腔内の軸方向に動作させる直進動作用モータが内蔵されている。なお、プルバック部３１０の側面（紙面手前側）には、更に、操作部３２０が設けられている。

操作部３２０は、スキャナ／プルバック部１０２の回転動作及び直進動作を指示するためのボタンや、スキャナ／プルバック部１０２の内部状態を表示するための各種ランプが設けられている。

操作部３２０において、３２１は自動前進ボタン（指示部）であり、当該ボタンが押圧されることで、スキャナ部３００が前進端に自動的に移動する。３２２は微動前進ボタンであり、当該ボタンを押圧している間、スキャナ部３００が前進方向に低速度で移動する。３２３は微動後進ボタンであり、当該ボタンを押圧している間、スキャナ部３００が後進方向に低速度で移動する。

３２４は低速スキャン開始ボタンであり、当該ボタンが押圧されることで、光プローブ部１０１のイメージングコア２２０が低速（例えば、１８００ｒｐｍ）で回転を開始する。３２５は高速スキャン開始ボタンであり、当該ボタンが押圧されることで、光プローブ部１０１のイメージングコア２２０が高速（例えば、９６００ｒｐｍ）で回転を開始する。３２６はプルバックボタンであり、光プローブ部１０１のイメージングコア２２０が高速で回転している場合に押圧可能となり、当該ボタンが押圧されることで、所定の速度でスキャナ部３００がプルバックされる。

４．スキャナ部を直進動作させるための機能構成
次に、スキャナ／プルバック部１０２において、スキャナ部３００を直進動作させるための機能構成について説明する。

図４は、スキャナ部３００を直進動作させるための機能構成を模式的に示した図である。図４に示すように、光プローブ部１０１のイメージングコア２２０の軸方向（生体管腔内の末梢方向及びその反対方向）の移動（軸方向動作）は、直進動作用モータ４０４を駆動し、ボールネジ４０１を回転させ、スキャナ部３００を支持する支持部４０３を直進方向に動作させることで、実現される。

なお、プルバック部３１０は、直進動作用モータ４０４の動作を検出し、スキャナ部３００の直進方向の移動量を算出するための移動量検出器４０５を備える。本実施形態では、移動量検出器４０５として、２相のエンコーダを用いることとする。

プルバック部３１０は、更に、切替センサ（検出部）４０２を備える。切替センサ４０２は、突き当て部２１３がシース基端２１２から距離Ｌの位置に到達した際に、支持部４０３を検出するように配されている（つまり、切替センサ４０２は、スキャナ部３００が前進端から距離Ｌの位置まで前進したことを検出するセンサである）。

直進動作用モータ４０４の動作を制御するための制御信号の出力、ならびに、移動量検出器４０５及び切替センサ４０２からの信号の入力は、直進動作制御部４１０によって行われる。

直進動作制御部４１０は、モータドライバ４１１を備え、速度調停回路４１２からの指示の基づくモータ駆動電流を直進動作用モータ４０４に出力する。また、移動量検出器４０５からのパルス信号を受信し、速度調停回路４１２に送信する。

速度調停回路４１２は、速度設定部４１４から送信された速度設定値と、モータドライバ４１１を介して送信されたパルス信号とを比較し、モータドライバ４１１に対して、モータ回転速度の増減を指示することで、スキャナ部の直進方向の移動における速度制御を行う。

シーケンス制御部４１５では、操作部３２０の自動前進ボタン３２１が押圧された場合に、これを認識し、自動前進制御処理を実行する。具体的には、切替センサ４０２からの出力に基づいて、速度設定部４１４に速度設定値を設定するとともに、直進動作用モータ４０４の動作を開始するようモータドライバ４１１に指示する。また、モータドライバ４１１が出力するモータ駆動電流を監視する電流判定回路（識別部）４１３からの判定結果に従って、直進動作用モータ４０４の動作を停止させるようモータドライバ４１１に指示する。

なお、シーケンス制御部４１５では、自動前進ボタン３２１以外のボタンが押圧された場合においても直進動作用モータ４０４の動作を制御するよう構成されているものとするが、以下、本明細書では、自動前進制御処理についてのみ説明することとする。

５．プルバック部における自動前進制御処理の流れ
プルバック部３１０における自動前進制御処理の流れについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は、プルバック部３１０における自動前進制御処理の流れを示すフローチャートであり、図６は、自動前進制御処理におけるスキャナ部の直進動作の様子を示す図である。

自動前進ボタン３２１が押圧されることで、図５に示す自動前進制御処理が実行開始される。ステップＳ５０１では、切替センサ４０２が支持部４０３を検出しているか否かを判定する。自動前進ボタン３２１が押圧された時点で、切替センサ４０２がすでに支持部４０３を検出していると判定された場合には、スキャナ部３００が、前進端から距離Ｌ（例えば、５ｍｍ）以内の位置にあると判断できるため、ステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０２では、シーケンス制御部４１５が速度設定部４１４に対して、低速度（例えば、１ｍｍ／ｓｅｃ）の速度設定値を設定する。更に、ステップＳ５０３では、当該速度設定値により前方向に直進動作するよう、モータドライバ４１１に指示する。これにより、スキャナ部３００は、前方向に低速度での直進動作を開始する。

一方、ステップＳ５０１において、切替センサ４０２が支持部４０３を検出していないと判定された場合には、スキャナ部３００が、前進端から距離Ｌ（例えば、５ｍｍ）より離れた位置にあると判断できるため、ステップＳ５０４に進む（図６（ａ）参照）。

ステップＳ５０４では、シーケンス制御部４１５が速度設定部４１４に対して、通常速度設定（例えば、１０〜２０ｍｍ／ｓｅｃ）の速度設定値を設定する。更に、ステップＳ５０５では、当該速度設定値により前方向に直進動作するよう、モータドライバ４１１に指示する。これにより、スキャナ部３００は、前方向に通常速度での直進動作を開始する。

ステップＳ５０６では、再度、切替センサ４０２が支持部４０３を検出したか否かを判定する。ステップＳ５０６において、切替センサ４０２が支持部４０３を検出していないと判定された場合には、検出したと判定されるまで待機する（つまり、通常速度設定による前方向への直進動作を継続する）。

一方、ステップＳ５０６において、切替センサ４０２が支持部４０３を検出したと判定された場合には、前進端から距離Ｌ（例えば、５ｍｍ）より離れた位置にあったスキャナ部３００が、距離Ｌの位置に到達したと判断できるため、ステップＳ５０７に進む（図６（ｂ）参照）。

ステップＳ５０７では、シーケンス制御部４１５が速度設定部４１４に対して設定していた通常速度（例えば、１０〜２０ｍｍ／ｓｅｃ）の速度設定値を、低速度（例えば、１ｍｍ／ｓｅｃ）の速度設定値に切り替える。

更に、ステップＳ５０８では、モータ駆動電流が所定の閾値以上となっていないかを監視する。ステップＳ５０８において閾値以上となっていないと判定された場合には、スキャナ部３００が前進端に到達していないと判断し、待機する（つまり、低速度設定による前方向への直進動作を継続する）。

一方、ステップＳ５０８において閾値以上になったと判定された場合には、スキャナ部３００の突き当て部２１３がシース基端２１２に当接することで、スキャナ部３００の前方向への直進動作が抑えられていると判断する。

速度調停回路４１２では、速度設定部４１４より送信された速度設定値に対して、移動量検出器４０５より出力されるパルス信号に基づいて算出されるスキャナ部３００の前方向への直進動作の速度が小さい場合には、モータ回転速度を増加させるよう指示する。この場合、モータドライバは駆動電流を増加させる。このため、スキャナ部３００の前方向への直進動作が抑えられている場合、モータ駆動電流は増加していくこととなる。

したがって、モータ駆動電流が所定の閾値以上になった場合には、前方向への直進動作が抑えられている状態（つまり、スキャナ部３００が前進端に到達している状態）にあると判断することができる。

ステップＳ５０９では、シーケンス制御部４１５がモータドライバ４１１に対して、前方向への直進動作を停止するよう指示し、自動前進制御処理を終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るスキャナ／プルバック部１０２では、スキャナ部の前進動作時に、前進端の手前の所定距離において速度設定値が切り替えられるよう、切替センサを配する構成とした。また、スキャナ部が前進端の手前の所定距離に到達するまでの間は、通常速度で前方向への直進動作を行い、所定距離に到達した後は、低速度での直進動作を行う構成とした。

これにより、前進端までの移動時間を大幅に増加させることなく、かつ、光プローブ部を破損させずに、スキャナ部を前進端に停止させることが可能となった。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、モータ駆動電流を監視することで、スキャナ部３００が前進端に到達したことを判断する構成とした。これは、直進動作用モータ４０４として、モータ駆動電流にトルクが比例するＤＣモータを使用したことによるもので、速度設定値で動作する速度制御を行った場合、負荷トルクの変動に応じてモータ駆動電流を制御するという特性を利用したことによるものである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、圧力を検出するセンサ（例えば、ロードセル等）を別途設け、スキャナ部３００が前進端に到達したことを、当該センサの出力に基づいて判断するよう構成してもよい。

［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、光画像診断装置を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、超音波画像診断装置、例えば血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ）にも適用可能である。

２０１：カテーテルシース、２０２コネクタ部、２０２ａ：シースコネクタ、２０２ｂ：駆動シャフトコネクタ、２０３：チューブ、２１２：シース基端、２１３：突き当て部、２２０：イメージングコア、２２１：送受信部、２２２：駆動シャフト、３００：スキャナ部、３１０：プルバック部（スキャナ移動部）、３２０：操作部、３２１：自動前進ボタン、３２２：微動前進ボタン、３２３：微動後進ボタン、３２４：低速スキャン開始ボタン、３２５：高速スキャン開始ボタン、３２６：プルバックボタン、４０１：ボールネジ、４０２：切替センサ、４０３：支持部、４０４：直進動作用モータ、４０５：移動量検出器

Claims (5)

1. シース基端を有するカテーテルシースと、前記カテーテルシースの内部を移動し且つ信号の送受信を連続的に行う送受信部と、前記送受信部に接続されたシャフトとを有するプローブ部が取り付けられるモータ駆動装置であって、
   前記シャフトが取り付けられ、前記シャフトを介して前記送受信部を回転させるスキャナ部と、
   前記シース基端を固定するとともに、前記送受信部を前記カテーテルシースの内部で移動させるために、前記シャフトに設けられた突き当て部と前記シース基端とが近づくように前記スキャナ部を直進動作させるスキャナ移動部と、
   前記スキャナ部を直進動作させる場合に、前記突き当て部が前記シース基端から所定距離だけ離れた位置に到達したことを検出する検出部と、を備え、
   前記スキャナ移動部は、前記所定距離より長い間隔で配置された前記シース基端と前記突き当て部とを近づけて接触させるように前記スキャナ部を直進動作させる場合に、前記検出部が検出するまでの間、第１の速度設定値に基づいて速度制御を行い、前記検出部が検出した後は、前記第１の速度設定値よりも小さい第２の速度設定値に基づいて速度制御を行う制御部を有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記シース基端と前記突き当て部とが接触したことを識別する識別部を更に備え、
   前記シース基端と前記突き当て部とが接触したことを前記識別部が識別した場合に、前記制御部は、前記スキャナ部の直進動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記識別部は、
   前記第２の速度設定値に基づいて速度制御を行う場合に、前記スキャナ部を直進動作させるためのモータに供給されるモータ駆動電流を監視し、該モータ駆動電流が所定の閾値以上になった場合に、前記シース基端と前記突き当て部とが接触したものと識別することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記スキャナ部を直進動作させるための指示を入力する指示部を更に備え、
   前記指示部において指示が入力された場合に、前記制御部は、前記スキャナ部を直進動作させるよう制御することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を備え、該モータ駆動装置を介して送受信された信号を用いて生成したラインデータに基づいて、生体管腔内の軸方向の断面画像を複数生成することを特徴とする画像診断装置。

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