JP6210912B2 - 光画像診断装置及びそれに用いるカテーテル - Google Patents

Description

本発明は光干渉を用いた画像診断装置とそれに用いるカテーテルに関するものである。

血管内腔の画像を取得する装置として光干渉断層診断装置（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）等がある。また、ＯＣＴの改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置（ＳＳ−ＯＣＴ:Swept-Source OCT）も開発されている（特許文献１）。以下、これらを総称して画像診断装置という。

画像診断装置においては、光の送受信を行うイメージングコアを、先端部に回転自在に且つ軸方向に移動自在に収容したカテーテルを用いる。イメージングコアは、カテーテルの全長とほぼ同じ長さを有する駆動シャフトに接続される。そして、その駆動シャフトは、その内部に光ファイバを収容する。そして、カテーテルの後端には、画像診断装置が有するＭＤＵ（モータドライブユニット）部と接続するためのコネクタが設けられている。ＭＤＵ部は、駆動部であって、駆動シャフトの回転と軸方向への移動の動力源として機能するものであり、カテーテルと接続するためのコネクタを有する。

ここで、ＭＤＵ部とカテーテルとの接続について更に詳しく考察する。

図２（ａ）はカテーテルのコネクタ部（以下、カテーテルコネクタという）１５０を矢印２１０の方向に移動させて、ＭＤＵ部１０２のコネクタ部（以下、ＭＤＵコネクタという）２０４に接続する様子を示す。同図（ｂ）はＭＤＵコネクタ２０４の正面図である。そして、同図（ｃ）はＭＤＵコネクタ２０４の中心に位置する、カテーテルのツマミを嵌入させ、支持するツマミ係合部２０６の一部透過斜視図である。そして、同図（ｄ）は同図（ｃ）に示したツマミ係合部２０６をＡ−Ａ’ラインで切った際の内面を示す平面展開図である。また、図３は、一般的なカテーテルコネクタ１５０の断面構造を示している。

ＭＤＵ部１０２は、大別すると、基部２０１と、基部２０１に対して図示矢印２０９に沿って摺動自在なスライダ部２０２で構成される。基部２０１には、カテーテルシース１５３を把持する把持部２０３をはじめ、各種操作スイッチが設けられている。また、基部２０１の内部には回路基板やスライダ部２０２を矢印２０９に沿って摺動させるためのモータを有する。スライダ部２０２には、カテーテルコネクタ１５０を収容し接続するためのＭＤＵコネクタ２０４が設けられ、その内部には、カテーテル内の駆動シャフトを回転させるためのモータ、その駆動シャフトの光ファイバとケーブル１０４内の光ファイバを光学的に接続する構造を有する。ＭＤＵコネクタ２０４は、カテーテルのコネクタ１５０を接続した際に、接続状態を保護するカバーとして機能する。

ＭＤＵコネクタ２０４内には、同図（ｂ）に示すように、カテーテルコネクタ１５０が有する突起部１５１、１５２を案内するガイド溝２０５ａ、２０５ｂを有するコネクタ係合部２０５を有する。そしてカテーテルコネクタ１５０の突起部１５１．１５２が、このガイド溝２０５ａ，２０５ｂに沿って嵌入した際には、カテーテルとＭＤＵ部１０２とが機構的に一体となる。なお、コネクタ係合部２０５は回転せず、固定である。

また、ツマミ係合部２０６は、カテーテルコネクタ１５０の中心位置に位置する光ファイバを保持するツマミ３０１（図３参照）を嵌入させた際に、カテーテル内の光ファイバと光学的に接続すると共に、ツマミ３０１と一体となって回転するものである。ツマミ係合部２０６の内側には、ツマミ３０１の先端に設けられた突起部３０２を案内するためのガイド壁２０７が設けられている。このガイド壁２０７は、図２（ｃ）に示すように、ツマミ係合部２０６内で「山」の稜線に相当する。このガイド壁２０７で規定さる「山」の頂点を通る垂直方向のＡ−Ａ’ラインで切った際の内面を示す平面展開図（図２（ｄ））からもわかるように、ガイド壁２０７で挟まれる空間がガイド溝２０８を形成する。そして、ツマミ係合部２０６の開口側でのガイド溝２０８の幅Ｗ０は、ツマミ係合部２０６の内周に実質的に等しく、奥行き方向に沿ってその幅はＷ１となり、ある程度の嵌入が進んだ段階での幅は、突起部３０２の幅と同じとなって、ツマミ３０１を直線上に案内するようになっている。また、ガイド壁２０７の傾斜角度は特に限定されないが、１５度〜６０度が好ましく、さらに２０度〜４５度が好ましい。この傾斜角度は、大きければ大きいほど、位相ずれ補正が可能となる。一方、傾斜角度は、大きければ大きいほどカテーテルコネクタ１５０を装着するのに必要なストローク（奥行き方向の長さ）が長くなるので、設計との兼ね合いで好適な角度を決定することとなる。なお本発明では、３０度を採用している。

カテーテルコネクタ１５０は図３のように、カテーテルシース１５３を支持し、ＭＤＵ部１０２と接続するための開口部３００を有する。カテーテルコネクタ１５０内には、カテーテルシース１５３内に収容された駆動シャフト３０３と一体となって、回転自在なツマミ３０１を有する。このツマミ３０１は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で構成され、駆動シャフト内に収容された光ファイバ３０４を案内し、その先端部を露出させる構造を成す。なお、支持部３１０は、ツマミ３１０の外部への飛び出を防止するとともに、カテーテルコネクタ１５０をＭＤＵ部１０２から抜去する際に、ツマミ３１０に対して光コネクタの嵌合を外す方向に力を与えるためのものである。

光ファイバ３０４の端部の面は図示のごとく、その軸方向に対して直交する面ではなく、その直交する面に対して角度θだけ傾いた傾斜面となっている。一方、ＭＤＵ部１０２内のツマミ係合部２０６の奥に位置する光ファイバの端面（不図示）も同じ角度の傾斜角を有する光ファイバが露出しており、両光ファイバの端面が面接続されるようになっている。ファイバ端面が傾斜角θを有する理由は、その接続面での反射光の影響を少なくするためである。

上記の通りなので、カテーテルコネクタ１５０をＭＤＵ部１０２に装着する際、それぞれのファイバ端面どうしが面で接続する、より厳密には、回転方向に対する位相ずれが発生しないように接続する必要がある。この理由で、カテーテルコネクタ１５０内の、ツマミ３０１には、ツマミの回転方向の角度を規定するための突起部（キー）３０２を有する。一方、ＭＤＵ部１０２側のツマミ係合部２０６には、先に説明したガイド壁２０７で規定されるガイド溝２０８を設け、ツマミ３０１とツマミ係合部２０６が、決まった角度で固定されるようになっている。つまり、ユーザがカテーテルコネクタ１５０を持って、カテーテルコネクタの突起部１５１，１５２を、ＭＤＵコネクタ２０４側のコネクタ係合部２０５のガイド溝２０５ａ，２０５ｂに合わせて差し込めば、ツマミ３０１の突起部３０２がツマミ係合部２０６のガイド壁２０７に衝突し、そのまま押し込めば、ツマミ係合部２０６が回動して、最終的にツマミ３０１の突起部３０２がツマミ係合部２０６のガイド壁２０７に沿って案内され、両者の光ファイバの端面どうしが面接続されるようになっている。

上記のように、ユーザはカテーテルコネクタ１５０を手に持って、それをＭＤＵ部１０２のコネクタ部２０４に押し込む操作を行うことになる。このとき、カテーテルコネクタ１５０の突起部１５１，１５２の位置は、ＭＤＵ部１０２側で規定される。一方、カテーテルの挿入方向に対しては、弾性体３１１を介してツマミ３０１はカテーテルコネクタ１５０をＭＤＵ部１０２に接続する力を受け、ツマミ係合部２０６に接続される。このとき、接続に関連する部材が多いため、公差ばらつき次第では、ツマミ３０１がツマミ係合部２０６に衝突し、接続を完了させられないことが想定される。その際、比較的変形しやすい弾性体３１１をツマミ３０１端部に設けることで、接続時の寸法上の不整合を緩和させることができる。なお、弾性体３１１の変形時の反力が、ツマミ３０１とツマミ係合部２０６の接続を完了させるのに必要な荷重を超える必要があるため、弾性体３１１は一定以上のバネ定数を備える。支持部３１２は、その弾性体３１１を固定支持するためのものである。

上記の構造を成すことで、カテーテルをＭＤＵ部１０２に接続する際に適切に光ファイバが接続される。なお、この弾性体３１１は一般にはシリコンゴムが利用される。また、カテーテルコネクタ１５０とＭＤＵコネクタ３０４が機構的にも光学的にも接続が完了した場合、ツマミ３０１がツマミ係合部２０６と一体となる。そして、突起部１５１，１５２も、ＭＤＵ部１０２で固定支持される。この結果、ツマミ３０１の後端面３０１ａと、弾性体３１１の面３１１ａとの間には十分な空間が生まれるようになっている。

特開２００７−２６７８６７号公報

さて、上述したように、カテーテルをＭＤＵ部１０２に接続する操作を行うと、ツマミ３０１の突起部３０２が、ＭＤＵ部１０２側のツマミ係合部２０６におけるガイド壁に当接する。そしてそのまま押し込む操作を行うと、ツマミ３０１の後端面３０１ａが弾性体３１１の面３１１ａに当接し、その間に摩擦力が発生する。つまり、ツマミ３０１の回転が抑制される。

ＭＤＵ部１０２におけるツマミ係合部２０６には、ＭＤＵ部１０２内の回転駆動に係る構成が接続されていることもあって、ツマミ係合部２０６は、回転自在といえども非駆動状態でも回転が抑制される力（以下、ツマミ係合部２０６の回転抑制力という）が働いている。従って、ツマミ３０１の後端面３０１ａが弾性体３１１の面３１１ａに当接した状態で、カテーテルコネクタ１５０の差し込み操作を続けると、ツマミ３０１の突起部３０２と、ツマミ係合部２０６のガイド壁２０７の接触位置に相当の負荷がかかることになり、場合によってはツマミ３０１の突起部３０２が破損する。一方、ＭＤＵ部１０２のツマミ係合部２０６が複数回使用することを前提にしていることもあって、十分に高い硬度の樹脂を使用されるので、破損する可能性は低いが、それでも衝突位置に傷が付く可能性はゼロではない。一旦、傷が付くとその位置での引っかかりが大きくなり、円滑な案内機能が失われることになり、場合によってはＭＤＵ部１０２のコネクタが破損してしまうということになりかねない。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡単な構造でもって、カテーテルに係る負担はもちろんのこと、ＭＤＵ部に係る負担も軽減し、ＭＤＵ部に至ってはその長期利用を可能ならしめる技術を提供しようとするものである。

上記課題を解決するため、例えば本発明のカテーテルは以下の構成を有する。すなわち、
光画像診断装置に利用されるカテーテルであって、
前記光画像診断装置が有する駆動部と接続するためのコネクタを有し、
当該コネクタは、
前記駆動部と光学的に接続するため、光ファイバを、その端面を露出させて保持するファイバ端保持部と、
前記駆動部への前記コネクタの押し込みに起因して前記ファイバ端保持部が後退した際に当接し、前記駆動部との接続時の負荷を緩衝するための弾性体とを有し、
前記ファイバ端保持部は、
前記光ファイバの端面を露出させ、保持する回転自在な円筒部材と、
該円筒部材に周方向に回転自在に、前記円筒部材の軸方向への移動範囲が規定され、かつ、前記円筒部材が後退した際に前記弾性体に当接する面を有するフランジ部材とを有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造でもって、カテーテルに係る負担はもちろんのこと、ＭＤＵ部に係る負担も軽減し、ＭＤＵ部に至ってはその長期利用を可能にする。

実施形態における画像診断装置の外観図である。 従来のカテーテルのコネクタの断面構造を示す図である。 ＭＤＵ部とカテーテルとの接続の様子と、ＭＤＵ部のコネクタの先端の構造を示す図である。 第１の実施形態におけるカテーテルのコネクタの断面構造図である。 第２の実施形態における課題と、カテーテルのコネクタの断面構造を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施の形態に係わる光断層像診断装置（以下、単に画像診断装置）１００の全体構成の一例を示す図である。なお、実施形態では波長掃引光源を利用する装置を例にするが、単一波長光源を用いる装置に適用できるので、波長掃引光源を利用するのはあくまで一例であると認識されたい。

画像診断装置１００は、カテーテル１０１と、ＭＤＵ部１０２と、操作制御装置１０３で構成され、ＭＤＵ部１０２と操作制御装置１０３は、コネクタ１０５を介してケーブル１０４で接続されている。このケーブル１０４には、光ファイバ、並びに各種信号線が収容されている。

カテーテル１０１は、光ファイバを保護し、回転力を伝達するための駆動シャフトを収容する。この光ファイバの先端には、操作制御装置１００からＭＤＵ部１０２を介在して伝送された光（測定光）を、光ファイバの中心軸に対してほぼ直行する方向に送信するとともに、送信した光の外部からの反射光を受信するための光送受信部を有するイメージングコアが設けられている。

ＭＤＵ部１０２は、先に説明した図２の構造を有するものである。簡単に説明すると、カテーテル１０１の後端に設けられたコネクタを介して、カテーテルを保持する。そして、ＭＤＵ部１０２に内蔵されたモータを駆動させることでカテーテル内の駆動シャフトを回転させ、その先端に設けられたイメージングコアを回転可能になっている。また、ＭＤＵ部１０２は、内蔵の直線駆動部に設けられたモータを駆動して、カテーテル内の駆動シャフトを所定速度で引っ張る（後退させる）処理も行う。

上記構成により、カテーテル１０１を患者の血管内に案内し、ＭＤＵ部１０２に内蔵したラジアル走査モータを駆動して、カテーテル１０１内の駆動シャフトを回転させることで、血管内の内腔面を３６０度に渡ってスキャンすることが可能になる。さらに、ＭＤＵ部１０２がカテーテル１０１内の駆動シャフトを所定速度で引っ張ることで、血管軸に沿ったスキャンが行われる。これによって、血管の内側から見た、血管軸に沿った断層像を複数枚得ることができ、それらを接続して３次元の血管像を再構成することも可能となる。

操作制御装置１０３は、画像診断装置１００の動作を統括制御する機能を有する。操作制御装置１０３は、例えば、ユーザ（医師）指示に基づく各種設定値を装置内に入力する機能や、測定により得られたデータを処理し、体腔内の断層画像として表示する機能を備える。

操作制御装置１０３には、本体制御部１１１、プリンタ／ＤＶＤレコーダ１１１−１、操作パネル１１２及びＬＣＤモニタ１１３、等が設けられている。本体制御部１１１は、光断層画像を生成する。光断層画像は、測定により得られた反射光と光源からの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、当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により生成される。

プリンタ／ＤＶＤレコーダ１１１−１は、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。操作パネル１１２は、ユーザが各種設定値及び指示の入力を行うユーザーインターフェースである。ＬＣＤモニタ１１３は、表示装置として機能し、例えば、本体制御部１１１において生成された断層画像を表示する。１１４は、ポインティングデバイス（座標入力装置）としてのマウスである。

以上が、画像診断装置１００の大まかな構成とその動作であるが、本実施形態の特徴とする点は、カテーテル１０１における、ＭＤＵ部１０２と接続するためのコネクタの構造にある。ＭＤＵ部１０２の構造は、図２と同じであるものとし、以下、図４（ａ），（ｂ）を参照して、実施形態におけるカテーテルコネクタ１５０の構造を説明する。なお、図３に示した従来のカテーテルコネクタと同様の部分については、同じ符号を付し、その符号の説明は省略する。

図４（ａ）は実施形態におけるカテーテルコネクタ１５０の断面構造図を示している。図４と図３との相違点は、図３におけるツマミ３０１を、円筒部４００、その外周に沿って摺動自在なフランジ部４０１の２つの独立したパーツで構成した点であり、これ以外は同じである。

同図（ｂ）は、円筒部４００とフランジ部４０１の分解斜視図である。円筒部４００には、その円筒の軸に沿ったフランジ部４０１の移動を規制するツバ４００ａ、４００ｂが設けられている。ツバ４００ｂ側には、円周に沿って数か所（図示では３箇所）に切欠き部４００ｃが設けられ、一時的にその外径を小さくできる。これを利用し、フランジ部４０１を図示矢印４１０の方向に移動させると、フランジ部４０１が、円筒部４００におけるツバ４００ａ、４００ｂの範囲内で回転自在に支持されることになる。当然ながら、フランジ部４０１の内径は、円筒部４００の外径より微小量だけ大きい。また、円筒部４００、並びに、フランジ部４０１は共にＰＢＴ（Poly Butylene Terephtalate;ポリブチレンテレフタレート樹脂）を素材とするもので、フランジ部４０１と円筒部４００との間の摩擦力は十分に小さい。更に、実施形態では、円筒部４００のツバ４００ｂの外径の直径Ｒ０は、弾性体３１１の内面の直径（内径）Ｒに対して十分に小さいものとした。実施形態における円筒部４００にフランジ部４０１が回転自在に支持されている状態の、これらを本実施形態でも「ツマミ」と表現し、その参照符号を図４（ｂ）に示すように符号４５０とする。

上記構造によれば、カテーテルをＭＤＵ部１０２に接続する際に、ツマミ４５０が後退すると、弾性体３１１に当接するのは、ツマミ４５０におけるフランジ部４０１となり、故に、このような状況になったとしても、弾性体３１１による緩衝性が維持できる。更に、弾性体３１１とフランジ部４０１とが当接したとしても、円筒部４００は弾性体３１１に接することはない。フランジ部４０１と円筒部４００の間の摩擦トルクは十分に小さく、ＭＤＵ部１０２が非駆動時における、ツマミ係合部２０６の回転抑制力よりも小さくできる。この結果、カテーテルコネクタ１５０を、ＭＤＵコネクタ２４０に差し込んだ際、回転するのは、ツマミ収容部２０６ではなく、ツマミ４５０の円筒部４００となり、ツマミ４５０における突起部３０２に係る負荷を小さくでき、かつ、ツマミ係合部２０６のガイド壁２０７の接触点に係る負荷もこれまでよりも遥かに小さくできる。

なお、実施形態におけるツマミ４５０を構成する円筒部４００とフランジ部４０１は共にＰＢＴとしたが、適度な強度を維持でき、かつ、それらの間の摩擦が十分に小さければ良いので、ＰＢＴに限定されるものではない。例えば、円筒部４００はＰＢＴ，フランジ部４０１の材質をＰＯＭ（Polyoxymethylene;ポリオキシメチレン）としても構わない。

以上説明したように本実施形態におけるカテーテルによれば、画像診断装置が有するＭＤＵ部に接続する際に、その光結合が正しく行われるための回転動作する側が、回転時の抵抗の低いカテーテル内のツマミ側になるようにすることができる。従って、接続時にＭＤＵ部１０２に係る負担を従来構造より少なくでき、その稼働率を上げることも可能となる。

［第２の実施形態］
更に本発明者は、カテーテルとＭＤＵ部とを接続する際、ツマミ４５０の突起部３０２がツマミ係合部２０６のガイド壁２０７に当接した際に、その接触点において発生する力の力線と、ツマミ４５０が弾性体３１１から受ける力の合力の力線のズレから、接触点を中心に図５（ａ）の矢印５００に示す回転トルクが発生することに着目した。なお、図５（ａ）では、ツマミ係合部２０６が、ツマミ４５０が傾いた状態での侵入を許可するかのように示しているが、これは説明をわかりやするために誇張して示したに過ぎず、ツマミ係合部２０６にかかる間隙があることを示すものではない。

図示のようなトルク５００が発生するということは、ツマミ４５０がツマミ係合部２０６に対し、僅かに傾いた状態で侵入することとなる。カテーテル１０１をＭＤＵ部１０２に装着する際に、その装着力はツマミ４５０とツマミ係合部２０６との接触部において受けることとなり、ツマミ４５０の突起部３０２には剪断力が発生する。ツマミ４５０が傾いた状態である場合、この剪断力を受ける断面積が、傾いていない状態のカテーテル装着時と比較して小さくなることとなる。これにより、ツマミ４５０の突起部３０２には大きな剪断応力が発生し、ツマミ４５０の突起部３０２が破損や変形をする可能性がある。

本発明者は、前述の剪断力を受ける断面積をより大きくし、剪断応力を低下させるために、トルク５００を無くす、もしくは逆回転のトルクを発生させる構造を有することが望ましいと考えた。幸い、トルク５００の回転中心は、ツマミ４５０の円周上の突起部３０２が設けられた位置で規定されるのは図５（ａ）から明らかである。そこで、このトルク５００を無くす、もしくは逆回転のトルクを発生させるため、図４（ｂ）に示したツバ４００ａの代わりに、図５（ｂ）に示すように、円筒部４００の軸に直交する面からはある程度傾斜する面に沿ってツバ４００ａ’を設けることに着想が至った。ここで、ツバ４００ｂとの距離が最短となるツバ４００ａ上の位置は、図示の上端の符号５０１であって、突起部３０２が設けられる側に一致する。逆に、ツバ４００ｂとの距離が最長なるツバ４００ａ上の位置は、図示の下端の符号５０２であって、突起部３０２に対する反対側の位置に一致する。

上記の構造を有すると、カテーテルをＭＤＵ部１０２に押し込み、フランジ部４０１が弾性体３１１に当接したとき、ツバ４００ａ’における弾性体３１１からの反発力を受ける部分は位置５０１となり、その反発力に基づく、ツマミ４５０の作用力は、先に示すトルク５００が全くない状態もしくは、反対方向のトルクをツマミ４５０に与えることができることとなる。その結果、ツマミ４５０の突起部３０２と、ツマミ係合部２０６のガイド壁２０７との接触部において前記の剪断力を受ける断面積を大きく確保することができるため、結果的に剪断応力を低下させることができ、ツマミ４５０の突起部３０２に掛かる負担をさらに軽減させることができるようになる。

以上本発明に係る実施の形態を説明した。本実施形態では、ＯＣＴ又はＯＦＤＩを用いた光干渉を利用した画像診断装置に適用する例を説明した。最近では、イメージングコアに光送受信部だけでなく、超音波送受信部も有し、一度のスキャンで光干渉を利用した断面画像と、超音波を利用した断面画像を生成する装置もあり、係る装置に適用しても構わない。

Claims (5)

1. 光画像診断装置に利用されるカテーテルであって、
   前記光画像診断装置が有する駆動部と接続するためのコネクタを有し、
   当該コネクタは、
   前記駆動部と光学的に接続するため、光ファイバを、その端面を露出させて保持するファイバ端保持部と、
   前記駆動部への前記コネクタの押し込みに起因して前記ファイバ端保持部が後退した際に当接し、前記駆動部との接続時の負荷を緩衝するための弾性体とを有し、
   前記ファイバ端保持部は、
   前記光ファイバの端面を露出させ、保持する回転自在な円筒部材と、
   該円筒部材に周方向に回転自在に、前記円筒部材の軸方向への移動範囲が規定され、かつ、前記円筒部材が後退した際に前記弾性体に当接する面を有するフランジ部材とを有する
   ことを特徴とするカテーテル。
2. 前記円筒部材は、前記フランジ部材の前記円筒部材の軸方向への移動範囲を規定するための一対のツバを有することを特徴とする請求項１に記載のカテーテル。
3. 前記一対のツバにおける前記駆動部と接続する側に近い方を第１のツバ、他方を第２のツバと定義したとき、前記第１のツバが規定する面は、前記円筒部材の軸に対して直交する面から傾斜し、前記第１のツバと前記第２のツバとの距離は、前記円筒部材上に設けられ、前記駆動部が有するガイド壁に案内される突起部が設けられる周方向に規定される位置で最短となり、前記突起部が設けられる周方向の反対側の位置で最長となることを特徴とする請求項２に記載のカテーテル。
4. 前記円筒部材、前記フランジ部材はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）、又は、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカテーテル。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカテーテルを有する光画像診断装置。

Images