JP6074580B2 - 光イメージング用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、装置機械等において被検体で反射させた光を立体的に取り込んで観察するための３次元走査型の光イメージング用プローブに関するものである。

画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術である。例えば、精密機器などの製造現場において、深穴の奥部の検査や画像診断の手法として、一般的なカメラ観察や超音波診断装置に加えて、断層画像や３次元断層画像を撮影する事が可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用したＯＣＴ画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。近年、この断層画像や３次元断層画像撮影は、これら方式の中でも最も微細な撮影画像が得られるＯＣＴ画像診断技術の開発が、特に注目されている。

ＯＣＴ画像は光源として波長１３００ｎｍ（ナノメートル）程度の近赤外線光、又は波長４００ｎｍ程度のレーザ光を用いる事が多いが、いずれの光線も超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れ、断層撮影方式を内視鏡に組込む事で、およそ１０μｍ（ミクロン）以下［超音波診断装置の１０分の１以下］の優れた空間分解能が達成できる。

また、光源として近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、特に医療現場で人体の胃部、小腸部、動脈流等の血管部における患部の発見、診断及び治療への活用が期待されている。これら装置機械用および医療用のＯＣＴ画像技術を適用したＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。

ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図８に示すようにモータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらにチューブ状の光学シース内を通る光ファイバー等からなるフレキシブルシャフトを介してレンズユニットへ伝達するようにしている。そのため、光学シースの内周面とフキシブルシャフトとの擦れにより摩耗粉が発生する事があった。また、前記フレキシブルシャフトの擦れ、撓み、ねじれ、及び前記ベルトの弾性変形等に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるために、得られるＯＣＴ解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。また、この構成では文献中図２６に示す２次元の断層画像は得られるが３次元の画像は得る事ができなかった。

また、特許文献２に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図１に示される環状のガイドカテーテルの内部に細長のチューブ状のカテーテルが挿入され、カテーテル内部には、回転および摺動可能で光学的に接続された光ファイバーまたはコアを有し、前記光ファイバーを回転させると共に、文献中図３に示すように長さ方向に移動させて身体組織に照射を行い、ＯＣＴ解析画像を観察する３次元画像システムである。しかしながらこの構成では、カテーテルの内周面と駆動軸外周面との擦れにより摩耗粉が発生する問題があった。また、駆動軸の擦れ、撓み、ねじれ、に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるため、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。

また、特許文献３に記載される発明では、該文献中図２に示されるモータの回転軸の先端に反射鏡を直結するようにしている。しかしながら、この構成では回転する反射鏡を用いて２次元の断層画像は得られるが、３次元の画像は得る事ができなかった。

日本特許第３８８５１１４号公報 日本特許第４５２０９９３号公報 日本特許第４４６１２１６号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで、光線を回転放射する回転機構の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、回転方向だけでなく前方方向に一定範囲の３次元の走査と立体観察画像を得ることができ、これらの課題が同時に解決できる３次元走査型光イメージング用プローブを提供することである。

上記課題を解決するための一手段は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、回転不能に配置され略チューブ状のカテーテルに内蔵された固定側光ファイバーと、前記固定側光ファイバーの先端側に位置し、第１モータにより回転駆動させられ、光線を回転中心に対して角度を傾けて前方に回転放射する第１光路変換手段と、前記固定側光ファイバーと、前記第１光路変換手段の間に位置し、回転光コネクターにより光学的に接続され、第２モータにより回転駆動される回転側光ファイバーと、前記回転側光ファイバーの先端側に、回転中心に対して光路を微小角度傾けて回転放射し、光線を前記第１光路手段に向けて照射する第２光路変換手段を略同一線上に配置し、第１光路変換手段と第２光路変換手段の２個モータの回転数を制御することで光線の放射角度を変化させ、光線を前方の３次元領域に放射することにより、高画質な立体観察画像を得るものである。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが擦れることがなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減される。更に第１光路変換手段と第２光路変換手段のそれぞれが独立して回転することで光線を前方の３次元領域に放射が行え、近赤外光又はレーザ光等を用いるＯＣＴ内視鏡において空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図 同光イメージング用プローブの第１モータのパルス発生部説明図 同光イメージング用プローブの第２モータのパルス発生部説明図 同光イメージング用プローブの動作説明図 同光イメージング用プローブの動作説明図 同光イメージング用プローブの動作説明図 同光イメージング用プローブの放射範囲説明図 同光イメージング用プローブの３次元走査範囲説明図 同光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル説明図 同光イメージング用プローブを用いた内視鏡画像装置構成図 同光イメージング用プローブの動作タイミングチャ−ト 同光イメージング用プローブの深穴走査説明図 同光イメージング用プローブの第２モータ断面図 同光イメージング用プローブの第２光路変換手段変形応用例説明図 同光イメージング用プローブの第２光路変換手段変形応用例説明図

本実施の形態の光イメージング用プローブの第１の特徴は、先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、回転不能に配置され略チューブ状のカテーテルに内蔵された固定側光ファイバーと、前記固定側光ファイバーの先端側に位置し、第１モータにより回転駆動させられ、光線を回転中心に対して角度を傾けて前方に回転放射する第１光路変換手段と、前記固定側光ファイバーと、前記第１光路変換手段の間に位置し、回転光コネクターにより光学的に接続され、第２モータにより回転駆動される回転側光ファイバーと、前記回転側光ファイバーの先端側に、回転中心に対して光路を微小角度傾けて回転放射し、光線を前記第１光路手段に照射する第２光路変換手段を、略同一線上に配置し、光線を固定側光ファイバーから、回転光コネクター、第２光路変換手段、第１光路変換手段の順に透過させ、前方に放射させるよう構成した。
この構成によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが擦れることがなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生が軽減される。更に第１光路変換手段と第２光路変換手段のそれぞれが独立して回転することで光線を前方の３次元領域に放射が行え、近赤外光又はレーザ光等を用いるＯＣＴ内視鏡において空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

第２の特徴としては、前記第１モータの回転軸は中空形状であり、第１光路変換手段が回転軸に固定され回転すると共に、中空穴に前記回転側光ファイバーが回転自在に貫通し、前記第２モータの回転軸も中空形状であり、この穴に前記回転側光ファイバーを固定して回転させている。
この構成によれば、第１光路変換手段の後方に第１モータ及び第２モータを配置できるので、前方へ放射される光線がモータやモータの電線が障害にならずに放射できるため、広範囲で陰の無い前方の３次元走査が可能である。

第３の特徴としては、前記第１光路変換手段は回転可能なプリズムで構成している。
この構成によれば、光線が第１光路変換手段を透過するとともに、広範囲な前方の３次元走査が可能である。

第４の特徴としては、前記第２光路変換手段は先端に傾斜する略平面を有するプリズムで構成している。
この構成により、光線が第２光路変換手段により集光され、かつ透過し、さらに回転中心に対して光路を微小角度傾けて回転放射することができる。

第５の特徴としては、前記第１モータの回転角に応じて少なくとも１回転に１回以上のパルスを発生する第１パルス発生手段と、前記第２モータの回転角に応じて少なくとも１回転に１回以上のパルスを発生する第２パルス発生手段を有し、第１及び第２のパルス発生手段からのパルスにより第１及び第２モータの回転速度を調整する制御手段を有し、第１モータの回転速度Ｎ１と第２モータの回転速度Ｎ２の関係を、Ｎ２＝Ｎ１−Ｘ［回転／秒］で回転させることで、第１光路変換手段からＮ１［回転／秒］の回転速度で前方に放出させる共に、Ｘ［往復／秒］の速度で光線の回転中心に対する放出角を変化させている。
この構成によれば、第１光路変換手段、及び第２光路変換手段の回転角度の組合せにより、光線を前方の広範囲に放射することができる。

第６の特徴としては、前記第２光路変換手段は集光レンズ、第１プリズム、第２プリズムを略一直線上に配置している。
この構成により前記第２光路変換手段は広い角度範囲に光線を放射することができる。

第７の特徴としては、前記第１光路変換手段は回転可能なプリズムと前記第２光路変換手段のプリズム先端に傾斜する略平面が非並行に構成した。
非並行であることにより、光路の減衰が防止でき分解能が高い良好な３次元画像が得られる。

第８の特徴としては、前記第２光路変換手段は先端に傾斜する略球面を有するプリズムであるか、または略半球形状の一部に略平面の反射面を有するボールレンズにしている。
この構成により、装置がコンパクトに構成できる。

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明に関わる３次元走査型光イメージング用プローブの実施形態について説明する。

図１〜図３は本発明に係る光イメージング用プローブの実施形態を示している。
図１は本発明の実施の形態に係る３次元走査型光イメージング用プローブの断面図であり、プローブの後端側から先端側に光線を導く固定側光ファイバー１は十分に長いチューブ状のカテーテル６の内部の略中心に挿通されている。

固定側光ファイバー１の先端側には回転側光ファイバー２が回転自在に設けられている。回転側光ファイバー２の先端には、例えば略円柱状の透明体の両面を非平行な略平面でカットした形状のプリズム等からなる第１光路変換手段３（図中では、位置によって３ａ又は３ｂで指示している。）が第１モータ１２により回転側光ファイバー２とは独立して回転自在に取り付けられ、第１光路変換手段３が回転する事で、光線を例えば図中軸線に対しθ１＋θ２の角度を付けて前方に回転放射するよう構成している。

また、回転側光ファイバー２の先端には、固定側光ファイバー１を透過してきた光線を集光して回転しながら軸線に対し微小の角度（θ１）を付けて第１光路変換手段３に向けて回転放射する第２光路変換手段２０が取り付けられている。図１において第２光路変換手段２０は円錐状の集光レンズ２０ｃとプリズム２０ａを組み合わせて形成されている。

回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１は５μｍ（ミクロン）程度の微小距離を隔てて対向し、回転する遮光板５、光ファイバー固定具４を含めて回転光コネクター２２を構成している。回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１の端面は平滑に加工されており、回転側光ファイバー２と固定側光ファイバー１の間は高い透過率が維持でき、ほとんど損失なく光学的に接続されている。

第１モータ１２はカテーテル６内に内蔵され、ロータ磁石１１が取り付けられ、第１軸受９ａ、９ｂに支えられた中空回転軸１０が回転する。第１モータ１２には電線２３を通してモータコイル７に電圧が印加され、中空回転軸１０のホルダー部１０ａには前記第１光路変換手段３が取り付けられ回転させている。

第２モータ１９は、第２軸受１８ａ、１８ｂに支えられた第２回転軸１３が可振子１４の略中心に開けられた穴に軽圧入され、可振子１４の弾性またはバネ性により第２回転軸１３との間で安定した摩擦力が発生している。第２モータ１９の第２回転軸１３は回転側光ファイバー２を中心穴に固定しており、配線された電線１７を通してパターン電極１６と電歪素子１５に電圧が印加され、第２光路変換手段２０を回転させる。可振子１４はモータケース８に対し回り止めがされており、最も簡単な構造の場合は電線１７が回り止めの機能を果たす。

第１モータ１２には、図２に示す、回転部材２５ａと固定部材２５ｂからなる第１パルス発生手段２５が設けられ、同様に第２モータ１９には、図３に示す回転部材２４ａと固定部材２４ｂからなる第２パルス発生手段２４が設けられ、それぞれ第１及び第２モータの回転に応じて１回転当たり１回、または複数回のパルス信号を発生している。これらパルスの発生原理は、誘起コイルやホール素子等の磁気センサー、または、光学的シャッターと光センサーによる光学センサー等が用いられる。

図１において、光線が放射される第１光路変換手段３の前方には必要に応じて光線が透過可能な透光部材２１がカテーテル６に取り付けられている。透光部材２１には必要に応じて略球面部２１ａが形成されており、この球面部２１ａは必要によりその肉厚は一定ではなくレンズの機能を持たせるため厚さを変化させている。透光部材２１は透明な樹脂やガラス等で作られ、必要に応じて表面反射を減らし、光線の全反射を最小に押さえ透過率を高めるためのコーティング等が施されている。

図９において、ガイドカテーテル８２の先端観察部８４にＣＣＤカメラ部８３が取り付けられると共に、鉗子チャネルと呼ばれる貫通穴８１に、チューブ状のカテーテル６が挿入されている。

図１の第１モータ１２には図１０に示す内視鏡画像装置構成図において、モータドライバ回路８６から電力が供給されて回転駆動され、第２モータ１９は第２モータドライバ回路８７から電圧が印加されて回転駆動される。また、第１モータ１２は第１パルス発生手段２５からのパルス信号により回転速度を調整し、第２モータ１９は第２パルス発生手段２４からのパルス信号により回転速度を事前に設定された数値に合わせることができる。

次に上述した図１〜図３の３次元走査型の光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。

図１０において本体８５内の光源から発光された近赤外またはレーザ等の光線はガイドカテーテル８２内のカテーテル６の中の固定側光ファイバー１の中を通過して進む。

光線は、固定側光ファイバー１から⇒回転光コネクター２２を通過して、回転側光ファイバー２⇒第２光路変換手段２⇒第１光路変換手段３ａに放射される。近赤外線の光線はさらに透光部２１を通過し、被検査体の表皮から２〜５ミリメートル程度まで透過し、そこから反射した光線を上記と同じ光路を逆方向に透光部２１⇒第１光路変換手段３ａ⇒第２光路変換手段２０ａ⇒回転側光ファイバー２⇒回転光コネクター２２⇒固定側光ファイバー１を通過して光干渉解析部８８に導いている。

図１２においては被検体２６の深穴２７の奥部において光線を放射することで、表面層２７ａの厚さや内部欠陥の有無を立体画像で観察している。

図１において電線２３から電力が供給され、第１モータ１２が約１８００〜２万ｒｐｍの範囲の一定速度で回転するが、固定側光ファイバー１から導かれた光線は回転光コネクター２２と回転側光ファイバー２を通過し、第２光路変換手段２０ａから放出され、第１光路変換手段３ａの略平面部で反射し一定の角度方向（図１においては矢印に示す下向きのθ１＋θ２の角度）に方向を変えて回転放射される。この時、第１モータ１２の第１パルス発生手段２４の角度α１＝０度、第２モータ２２の第２パルス発生手段２４の角度も０度であり、これら２つの角度の位相差を（α１−α２）で表すと０度になっている。
この状態では、光線の放射方向は軸線に対して大きく曲げられており、放射角度は、（θ１＋θ２）の下向きになる。

次に、図４に示すように、第１光路変換手段３と第２光路変換手段２０が同じ回転速度で回転し、図１とは１８０度反対側の図中３ｂと２０ｂの位置に変わると、第２光路変換手段２０ｂから放出され、第１光路変換手段３ｂの略平面部で反射し一定の角度方向（図４においては矢印に示す上向きのθ１＋θ２の角度）に方向を変えて回転放射される。この時、第１モータ１２の第１パルス発生手段２４の角度α１＝１８０度、第２モータ２２の第２パルス発生手段２４の角度も１８０度であり、これら２つの角度の位相差（α１−α２）は図４と同じで有り、０度になっている。この状態では、光線の放射方向は軸線に対して大きく曲げられており、放射角度は、（θ１＋θ２）の上方向になる。

図４において、第１光路変換手段３ｂの略平面部の角度Ｑと、第２光路変換手段２０のプリズム２０ｄ表面の角度Ｓは、決して平行面にはせず例えば５度以上の角度を持たせている。これがもし平行面になると光線が全反射し得られるＯＣＤ画像が悪化する場合があるからである。第１および第２光路変換手段の回転角度の位相差（α１−α２）が０度の状態で第１および第２光路変換手段が平行でないように設計しておけば、いかなる状態においても、第１および第２光路変換手段の間は平行になる心配が無く、良好な画像が得られる。

次に図５は、第１光路変換手段３ａと第２光路変換手段２０ａの回転速度を異ならせることにより、位相角度が変わった場合の状態を図示している。
図５において、第２光路変換手段２０ｂから軸線に対して角度をもって放出された光線は、第１光路変換手段３ａの略平面部で反射し逆の角度方向に方向を戻し、その結果光線はほぼ軸線上を軸線とほぼ平行に回転放射される。この時、第１モータ１２の第１パルス発生手段２４の角度α１＝０度、第２モータ２２の第２パルス発生手段２４の角度は回転に遅れが生じて−１８０度であり、これら２つの角度の位相差（α１−α２）は＋１８０度になっている。この状態では、光線の放射角度は、（θ１＋θ２）≒０度になる。

次に図６は、図５の状態から第１光路変換手段３ａと第２光路変換手段２０ａが同じ回転数で１８０度反対に位置まで回転した状態を図示している。
図６において、第２光路変換手段２０ａから軸線に対して角度をもって放出された光線は、第１光路変換手段３ｂの略平面部で反射し逆の角度方向に方向を戻し、その結果光線はほぼ軸線上を軸線とほぼ並行に回転放射される。この時、第１モータ１２の第１パルス発生手段２４の角度α１＝１８０度、第２モータ２２の第２パルス発生手段２４の角度は回転に遅れが生じて０度であり、これら２つの角度の位相差（α１−α２）は＋１８０度になっている。この状態においても光線の放射角度は、図６と同様に（θ１＋θ２）≒０度になる。

図７は、図１から図６を用いて説明した回転位相角（α１−α２）と、光線の前方への放射方向を図示したものである。第１モータ１２の第１パルス発生手段２４の角度α１と、第２モータ２２の第２パルス発生手段２４の角度α２の角度の位相差（α１−α２）によって照射方向が変化し、光線は前方に向けて抜けなく、図中半径Ｒに示される範囲に放射される。

図８は光線の放射範囲を立体的に表した図である。光線はカテーテル６の前方Ｌの所で焦点が合うようピントが調整されているため、図中半径Ｒの範囲で、角度（θ１＋θ２）に示す略円錐状に放射され、３次元的に被検体を走査している。

近赤外線またはレーザ等の光線はさらに図１の透光部２１を通過し、被検体表から２〜５ｍｍ（ミリメートル）程度まで透過し、そこから反射した光線を透光部２１⇒第１光路変換手段３⇒第２光路変換手段２０⇒回転側光ファイバー２⇒回転光コネクター２２⇒固定側光ファイバー１を通過して光干渉解析部８８に導いている。

図１１は、光発明イメージング用プローブの第１モータ１２と第２モータ１９の発生パルスタイミングチャ−トであり、図中上側の線図は第１モータ１２の第１パルス発生手段２５からの発生パルス、図中下側の線図は第２モータ１９の第２パルス発生手段２４の発生パルスを示し、横軸は時間軸を示している。
図中Stand byに示す時間帯は、第１モータ１２と第２モータ１９が同一の回転数で回転しながら走査開始信号を待っている状態である。

次に、イメージング用プローブの取扱い者の操作によりStart信号が出されると、それと同時に、第１モータ１２は、例えばＮパルス／秒に表される速度（例えば３０回転／秒）で回転し被検体のＯＣＴ観察画像データをコンピュータ８９に蓄積し始める。

これと同時に第２モータ１９は、例えば（Ｎ−１）パルス／秒（例えば２９回転／秒）の速度で回転するため、図１１に示すように放射角度はθ１からθ２まで０．５秒で変化し、１秒後には再度θ１の角度に戻り、光線の３次元放射を完了する。

この場合、コンピュータは放射角度がθ１〜θ２に往復する時間内に計２回（２回で１セット）の３次元データを取り込み、欠落のない鮮明な３次元のＯＣＴ診断画像を得る。データの取り込みと蓄積が行えた時点で、第１モータ１２と第２モータ１９は再びStand by状態になり、次のStart信号を待ちながら回転を行う。

本発明の３次元走査用ＯＣＴプローブのより一層実用的な使い方は、例えば、第１段階は長い血管内に本発明のＯＣＴプローブが送り込まれて行き、この場合、第１モータ１２と第２モータ１９が同一の回転数で回転しながら本発明のＯＣＴプローブは２次元の３６０度走査を行い続け、モニタ９０に表示された２次元画像から人体内血管近傍の患部の位置を特定する。

２次元画像の取り込みは図２の第１パルス発生手段２５、２５ａ、２５ｂからのパルス信号をトリガーにして行われコンピュータ処理によりモニタ９０上に表示される。
次に第２段階ではＯＣＴプローブの押し引きを中止し、カテーテル６を静止させ、第２モータ１９に、例えば（Ｎ−１）パルス／秒（例えば２９回転/秒）の速度で回転さえて光線の３次元放射を行い、ＯＣＴ装置はモニタ９０に分解能の高い３次元画像を表示する事ができ、患部の詳しい観察を行うものである。

３次元画像の取り込みは第１パルス発生手段２５、２５ａ、２５ｂからのパルス信号と、図３に示す第２パルス発生手段２４、２４ａ、２４ｂからのパルス信号の両方が同時に出された瞬間をトリガーにしてコンピュータ８９に取り込まれモニタ９０上に表示される。

第３段階は、更に本発明のＯＣＴプローブを他の端部へ移動させるものであり、この場合も第１モータ１２と第２モータ１９が同一の回転数で回転しながら本発明のＯＣＴプローブは２次元の３６０度全周に渡る走査を行い続け、モニタ９０に２次元のＯＣＴ画像を表示する。

本実施形態では、カテーテル６の後方から先端までの全長に渡る内部で固定側光ファイバー１は、長いカテーテル６の中で回転させないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を防止できる。また、回転側光ファイバー２も中空回転軸１の穴の中で回転自在に配置されており、摺動損失がないので、モータ１２の回転ムラは大変少ない。回転速度の性能は一般的な評価尺度では、回転角度をパーセントで表すのであるが、本発明においては０．０１％の高性能が達成できている。

一方、従来の光ファイバーが擦れる方式の内視鏡プローブの回転ムラは、その約１００倍以上の悪い性能しか得られていなかった。

図１２は、本発明光イメージング用プローブの深穴走査説明図である。
装置機械において、被検体２６に深穴２７があり、さらにそれら表面が表面層２８で覆われている場合等に、カテーテル６は深穴に進入し走査範囲２９において、表面層２８の被膜厚さの測定、及び内部組織の立体観察、内部欠陥の有無の観察等が行える。

図１３は、光イメージング用プローブの第２モータ１９の断面図である。
カテーテル６の内部の可振子１４とモータケース８の間には十分な空間があり、この空間に電線２３と電線１７が配置されている。このようにして第１モータ１２、第２モータ１９の配線はスペース効率良く、コンパクトに行える。

図１４は、同光イメージング用プローブの第２光路変換手段変形応用例説明図であり、前記第２光路変換手段１２０は先端に傾斜する略球面１２０ａを有するプリズムである。
この構成によれば、第２光路変換手段１２０が十分に高い光線の透過率と集光性能を発揮することができ、コンパクトで空間分解能が高い３次元の観察画像を得ることができる。

図１５は、同光イメージング用プローブの第２光路変換手段変形応用例説明図であり、第２光路変換手段２２０は、集光レンズ２２０ｃ、第１プリズム２２０ｄ、第２プリズム２２０ｅから構成され、円筒状のカバー２２０ｆに納められている。
この構成によれば、第２光路変換手段２２０は、光線を十分に大きい角度に傾ける事が可能であり、広範囲な３次元の観察画像を得ることができる。

図１０のＯＣＴ３次元操作画像診断装置において最も重要な要求性能は３次元画像を得ること、及び３次元画像の空間分解能を高める事であるが、空間分解能を達成するための要因には、モータ１２の回転速度ムラ、中空回転軸１０の振れ精度、第１光路変換素子３と、第２光路変換手段２０の精度および表面粗さ等がある。

この中で影響度が大きいのはモータ１２の回転速度ムラであるため、先端部にモータ１２を内蔵し、光路変換素子を高精度で、かつ回転速度ムラなく回転させる本発明の内視鏡プローブではたとえば１０ミクロン以下の高い３次元の空間分解能を安定して達成できている。

本発明によれば、内視鏡装置等のカテーテル内で光ファイバーが相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され、１０ミクロン以下の高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られ、また、第２光路変換手段の厚さを意図的に変える事で、光線を軸方向に一定範囲で放射できるため３次元の観察画像を得ることができる。

本発明の３次元走査型光イメージング用プローブは、長いチューブ内の光ファイバーを回転させることなく、チューブの先端近傍にモータで速度ムラなく回転する光路変換手段を設けて高精度な回転走査機構を有する事により、ＯＣＴ画像診断装置の基本性能である空間分解能をおよそ１０μｍ（ミクロン）以下に改善する事が可能である。さらに前方の３次元走査により深穴の底の３次元観察が可能になり工業用ＯＣＴ診断装置にも適用することができる。また、医療現場での微細な病巣の診断や治療への活用が期待される。

１ 固定側光ファイバー
２ 回転側光ファイバー
３、３ａ、３ｂ 第１光路変換手段（プリズム）
４ 光ファイバー固定具
５ 遮蔽板
６ カテーテル（チューブ）
７ モータコイル
８ モータケース
９ａ、９ｂ 第１軸受
１０ 中空回転軸
１０ａ ホルダー部
１１ ロータ磁石
１２ 第１モータ
１３ 第２回転軸
１４ 可振子
１５ 電歪素子
１６ パターン電極
１７、２３ 電線
１８ａ、１８ｂ 第２軸受
１９ 第２モータ
２０、２０ａ、２０ｂ、１２０、２２０ 第２光路変換手段
２０ｃ、２２０ｃ 集光レンズ
２０ｄ、１２０ａ、２２０ｄ、２２０ｅ プリズム
２１ 透光部材
２１ａ 球面部
２２ 回転光コネクター（光ロータリコネクター）
２４、２４ａ、２４ｂ 第２パルス発生手段
２５、２５ａ、２５ｂ 第１パルス発生手段
２６ 被検体
２７ 深穴
２８ 表面層
２９ 走査範囲
８１ 鉗子チャネル
８２ ガイドカテーテル
８３ ＣＣＤカメラ部
８４ 先端観察部
８５ 本体
８６ 第１モータドライバ回路
８７ 第２モータドライバ回路
８８ 光干渉解析部
８９ コンピュータ
９０ モニタ
２２０ｆ カバー

Claims (8)

1. 先端側に入射した光を後方側へ導く光イメージング用プローブにおいて、
   回転不能に配置され略チューブ状のカテーテルに内蔵された固定側光ファイバーと、
   前記固定側光ファイバーの先端側に位置し、第１モータにより回転駆動させられ、光線を回転中心に対して角度を傾けて前方に回転放射する第１光路変換手段と、
   前記固定側光ファイバーと、前記第１光路変換手段の間に位置し、回転光コネクターにより光学的に接続され、第２モータにより回転駆動される回転側光ファイバーと、
   前記回転側光ファイバーの先端側に、回転中心に対して光路を微小角度傾けて回転放射し、光線を前記第１光路手段に照射する第２光路変換手段を、略同一線上に配置し、
   光線を前記固定側光ファイバーから、前記回転光コネクター、前記第２光路変換手段、前記第１光路変換手段の順に透過させ、前方に放射させることを特徴とする光イメージング用プローブ。
2. 前記第１モータの回転軸は中空形状であり、第１光路変換手段が固定されると共に、中空穴に前記回転側光ファイバーが回転自在に貫通すると共に、
   前記第２モータの回転軸も中空形状であり、この穴に前記回転側光ファイバーを固定して回転させることを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
3. 前記第１光路変換手段は回転可能なプリズムであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光イメージング用プローブ。
4. 前記第２光路変換手段は先端に傾斜する略平面を有するプリズムであることを特徴とする請求項１から３何れか１項記載の光イメージングプローブ。
5. 前記第１モータの回転角に応じて少なくとも１回転に１回以上のパルスを発生する第１パルス発生手段と、前記第２モータの回転角に応じて少なくとも１回転に１回以上のパルスを発生する第２パルス発生手段を有し、第１及び第２のパルス発生手段からのパルスにより第１及び第２モータの回転速度を調整する制御手段を有し、第１モータの回転速度Ｎ１と第２モータの回転速度Ｎ２の関係を、Ｎ２＝Ｎ１−Ｘ［回転/秒］で回転させることで、第１光路変換手段からＮ１［回転/秒］の回転速度で前方に放出させる共に、Ｘ［往復/秒］の速度で光線の回転中心に対する放出角を変化させることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の光イメージング用プローブ。
6. 前記第２光路変換手段は、集光レンズと第１プリズムと第２プリズムとを、略一直線上に配置したことを特徴とする請求項１から５何れか１項記載の光イメージングプローブ。
7. 前記第１光路変換手段の回転可能なプリズムの略平面と、前記第２光路変換手段のプリズム先端の傾斜する略平面とが非平行である請求項１から６何れか１項記載の光イメージングプローブ。
8. 前記第２光路変換手段は略半球形状の一部に略平面の反射面を有するボールレンズであることを特徴とする請求項１から７何れか１項記載の光イメージングプローブ。

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