JP6475367B2 - 挿入物及びアタッチメント部材 - Google Patents

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Description

本発明は、挿入物に関し、更に詳しくは、中空の管を含み、少なくとも一部が被検体に挿入される挿入物に関する。また、本発明は、中空の管と嵌合可能に構成されたアタッチメント部材に関する。
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から被検体(生体)に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射超音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波(光音響波)が発生する。この光音響波を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。
ここで、特許文献1には、被検体内に挿入する挿入物において光音響波を発生させ、その光音響波に基づいて光音響画像を生成することが記載されている。特許文献1では、光源から出射された光を、光ファイバなどの導光手段を用いて挿入物である穿刺針の先端付近まで導光する。穿刺針の先端付近には光吸収部材などが配置されており、その光吸収部材に光ファイバの光出射端から光を照射する。この光照射により、穿刺針の先端付近において光音響波が発生する。その光音響波をプローブを用いて検出し、検出した光音響波に基づいて光音響画像を生成することにより、光音響画像を用いて穿刺針の先端付近の位置を確認することができる。
特開2015−037519号公報
ところで、特許文献1において、光音響波の発生源とプローブとの間に遮蔽物が存在すると、その遮蔽物によって光音響波が減衰し、プローブで検出される光音響波の強度が弱くなる。プローブで検出される光音響波の強度を最大化するためには、光ファイバなどの導光手段の光出射端を、開口を有する穿刺針の先端付近に正確に位置合わせする必要がある。
例えば数十mm程度の長さを有する穿刺針の針管に、基端部に設けられた光ファイバ挿入部(挿入口)から光ファイバを挿入し、光ファイバの先端を穿刺針の先端付近に位置合わせすることを考える。この場合、光ファイバの挿入長を微調整することで、光ファイバの先端の位置の微調整が可能である。
光ファイバの挿入長の微調整後、接着剤などを用いて光ファイバを挿入口に固定することで、光ファイバの先端を所望の位置に固定することができる。しかしながら、光ファイバ挿入口の内径が光ファイバの直径よりも大きい場合、光ファイバが固定される前に光ファイバから手を放すなどした場合に、光ファイバが動いて中空の管に対する光ファイバの挿入長が変化することがある。光ファイバの挿入長が変化すると、光ファイバの先端の位置が調整時の位置から変化する。
本発明は、上記事情に鑑み、中空の管に対する光ファイバの挿入長の調整後に光ファイバの挿入長が変化することを抑制することが可能に構成された挿入物及びアタッチメント部材を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも一部が被検体内に挿入される中空の管と、中空の管の内部に挿入され、光源から出射される光を導光する光ファイバと、光ファイバの挿入に用いられる光ファイバ挿入部を含む基端部と、光ファイバにより導光された光が照射された場合にその光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材と、光ファイバの先端から離間した位置において光ファイバを固定し、光ファイバ挿入部に挿入される光ファイバ固定部材とを備え、光ファイバ挿入部は、光ファイバ固定部材が挿入される第1の部分であって、中心方向に突出する少なくとも3点の突起を周方向に互いに離間した位置に有する第1の部分を含み、光ファイバ固定部材の第1の部分に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは第1の部分の内部のサイズよりも大きく、かつ、光ファイバ固定部材は第1の部分の少なくとも3点の突起にて固定されている挿入物を提供する。
本発明の挿入物では、光ファイバ固定部材の挿入方向に垂直な方向の断面のサイズは、少なくとも3点の突起に外接する、光ファイバ固定部材の挿入方向に垂直な方向の断面の形状に相似する図形のサイズよりも大きいことが好ましい。
本発明の挿入物では、光ファイバ挿入部はあらかじめ定められた方向に沿って伸びる軸を有していることが好ましい。その場合、光ファイバ固定部材は第1の部分に対する軸方向の挿入量が調整可能であることが好ましい。
本発明の挿入物において、第1の部分の少なくとも3点の突起は光ファイバの挿入方向に沿って延びることが好ましい。
本発明の挿入物では、光ファイバ挿入部は、第1の部分よりも光ファイバの挿入方向の奥側に接着剤注入口を更に有していてもよい。
本発明の挿入物では、光ファイバ固定部材は接着剤注入口から注入された接着剤で光ファイバ挿入部内に固定されることとしてもよい。
本発明の挿入物では、光ファイバ固定部材のヤング率は、第1の部分のヤング率と同じか又は第1の部分のヤング率よりも高いことが好ましい。
本発明の挿入物では、光ファイバ固定部材は金属材料、硬質樹脂材料、及びセラミック材料の少なくとも1つから成るものであってもよい。
本発明の挿入物では、少なくとも3点の突起は樹脂材料から成るものであってもよい。
本発明の挿入物は、光ファイバ固定部材が内部に挿入される金属管を更に有していてもよい。
上記の挿入物において、光ファイバ挿入部は、第1の部分よりも光ファイバの挿入方向の手前側に光ファイバ固定部材よりもサイズが大きい第2の部分を含んでいてもよい。その場合、上記の金属管は第2の部分に挿入されることとしてもよい。
上記の金属管の内部のサイズは光ファイバ固定部材のサイズよりも大きいことが好ましい。
本発明の挿入物では、中空の管は先端に開口を有し、中空の管の先端は鋭角に尖っていてもよい。
本発明の挿入物では、第1の部分の光ファイバの挿入方向の長さは、中空の管の先端の鋭角に尖る部分の長さよりも長いことが好ましい。
本発明は、また、少なくとも一部が被検体内に挿入される中空の管と嵌合可能なアタッチメント部材であって、中空の管が嵌合された場合にその中空の管の内部に挿入され、光源から出射される光を導光する光ファイバと、光ファイバの挿入に用いられる光ファイバ挿入部を含む基端部と、光ファイバの先端から離間した位置において光ファイバを固定し、光ファイバ挿入部に挿入される光ファイバ固定部材とを備え、光ファイバ挿入部は、光ファイバ固定部材が挿入される第1の部分であって、中心方向に突出する少なくとも3点の突起を周方向に互いに離間した位置に有する第1の部分を含み、光ファイバ固定部材の第1の部分に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは第1の部分の内部のサイズよりも大きく、かつ、光ファイバ固定部材は第1の部分の少なくとも3点の突起にて固定されているアタッチメント部材を提供する。
本発明の挿入物及びアタッチメント部材は、中空の管に対する光ファイバの挿入長の調整後に、光ファイバの挿入長が変化することを抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係る挿入物が用いられる光音響画像生成装置を示すブロック図。 穿刺針を示す側面図。 穿刺針における針管の先端部分を示す正面図。 光ファイバ挿入部から挿入される光ファイバを示す図。 本発明の第1実施形態に係る穿刺針の基端部を示す断面図。 図5のA−A断面を示す断面図。 光ファイバ挿入部に光ファイバが挿入された状態の基端部を示す断面図。 本発明の第2実施形態に係る穿刺針の基端部を示す断面図。 第1の変形例に係る穿刺針を示す側面図。 第2の変形例に係る穿刺針全体の外観を示す図。 外針の外観を示す図。 内針の外観を示す図。 第2の変形例に係る穿刺針の先端付近を示す断面図。 光音響画像生成装置の外観を示す斜視図。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る挿入物が用いられる光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置(光音響画像診断装置)10は、プローブ(超音波探触子)11、超音波ユニット12、レーザユニット13、及び穿刺針15を含む。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものではなく、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いてもよい。
レーザユニット13は光源である。レーザユニット13は、例えばレーザダイオード光源(半導体レーザ光源)である。あるいは、レーザユニット13は、レーザダイオード光源を種光源とする光増幅型レーザ光源であってもよい。レーザユニット13に用いられるレーザ光源のタイプは特に限定されず、レーザユニット13に、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)やアレキサンドライトなどを用いた固体レーザ光源を用いてもよい。レーザユニット13から出射したレーザ光は、例えば光ファイバ61などの導光手段を用いて穿刺針15まで導光される。レーザ光源以外の光源を用いてもよい。
本実施形態では、中空の管を含み、少なくとも一部が被検体に挿入される挿入物として、薬剤の注入などに用いることができる穿刺針15を考える。図2は、穿刺針15を示す。穿刺針15は、針管51と基端部(針基)52とを有する。針管51は、先端に開口を有し、内部に内腔を有する中空の管である。針管51は、例えばステンレスなどの金属から成る。針管51は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂材料から成っていてもよい。基端部52は、例えばポリプロピレン、ポリカーボネート、又はポリエステルなどの樹脂材料から成る。針管51は、例えばエポキシ樹脂などの接着剤により、基端部52の先端側に接着される。
基端部52は、光ファイバ挿入部(光ファイバ挿入ポート)53と薬剤注入部(薬剤注入ポート)54とを有する。光ファイバ挿入部53は例えば直径4mm程度の穴を有する。薬剤注入部54は例えば直径6mmから8mm程度の穴を有する。レーザユニット13から出射される光を導光する光ファイバ61は、光ファイバ挿入部53を通じて針管51の内部に挿入される。光ファイバ61は、針管51の内部において、例えばポリイミドなどの樹脂材料から成る管に収容されるか、又は樹脂材料により被覆され、保護されていることが好ましい。
薬剤注入部54は、液体である薬剤の注入口である。用いられる薬剤としては、例えば麻酔薬、点滴、抗がん剤、エタノール、造影剤、又は生理食塩水などが考えられる。薬剤注入部54には、シリンジや輸液チューブなどが装着される。薬剤注入部54は、薬剤を注入するために使用されるだけでなく、血液や体液などの液体を被検体側から取り出すために使用されてもよい。
図3は、針管51の先端部分を示す。針管51は先端に開口を有する。また針管51の先端は鋭角に尖る。針管51の先端部分には、光ファイバ61の光出射部62と光吸収部材55とが配置される。光出射部62は、光ファイバ61のレーザユニット13から見て光進行側の端面により構成される。光ファイバ61により導光された光は、光出射部62から光吸収部材55に照射される。光ファイバの直径は例えば130μmであり、光出射部62から例えば2μJのレーザ光が光吸収部材55に照射される。
光吸収部材55は、光出射部62から出射した光を吸収して光音響波を発生する。光吸収部材55には、例えば黒顔料を混合したエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、又はシリコーンゴムなどを用いることができる。あるいは、光吸収部材55に、レーザ光の波長に対して光吸収性を有する金属又は酸化物を用いてもよい。例えば光吸収部材55として、レーザ光の波長に対して光吸収性が高い酸化鉄、酸化クロム、又は酸化マンガンなどの酸化物を用いることができる。あるいは、Ti、Pt、若しくはハンダ、又は溶接されたステンレスなどの金属を光吸収部材55として用いてもよい。光吸収部材55の上から更に接着剤を塗布し硬化させて、先端を針管51の内壁に固定してもよい。
光出射部62から出射した光の少なくとも一部は、その周囲に設けられた光吸収部材55に照射される。光吸収部材55が照射された光を吸収することで、穿刺針の先端において光音響波が発生する。光吸収部材55は穿刺針15の先端近傍に存在しており、穿刺針15の先端の一点で光音響波を発生させることができる。光音響波の発生源(音源)の長さは、穿刺針全体の長さに比べて十分に短く、音源は点音源とみなすことができる。ここで、穿刺針15の先端近傍とは、その位置に光出射部62及び光吸収部材55が配置された場合に、穿刺作業に必要な精度で穿刺針15の先端の位置を画像化できる光音響波を発生可能な位置であることを意味する。例えば、穿刺針15の開口を有する先端から基端部側へ0mm〜3mmの範囲内のことを指す。
図4は、光ファイバ挿入部53(図2を参照)から挿入される光ファイバ61を示す。光吸収部材55は、光ファイバ61の光源から見て遠位側の端部に取り付けられている。光ファイバ61は、光吸収部材55側から光ファイバ挿入口に挿入される。光吸収部材55は、必ずしも光ファイバ61の挿入前に光ファイバ61の先端に取り付けられている必要はない。光ファイバ61を針管51に挿入した後に、光ファイバ61の先端に光吸収部材55を取り付けることとしてもよい。その場合、光吸収部材55は、光ファイバ61を針管51の内壁に固定する部材を兼ねていてもよい。
光ファイバ固定部材77は、光ファイバ61の先端(図3の光出射部62)から離間した位置において光ファイバ61を固定する。ここで、「光ファイバ61の先端から離間した位置」とは、例えば光ファイバ61の先端から所定の距離だけ離れた位置を指す。その所定距離は、このましくは、針管51の先端から光ファイバ挿入部53までの長さにほぼ等しい。光ファイバ固定部材77がそのような距離だけ離間した位置において光ファイバ61を固定する場合、光ファイバ61の先端が針管51も先端付近に来た場合に、光ファイバ固定部材77が光ファイバ挿入部53の内部に収まる。
光ファイバ固定部材77は、例えば金属材料、硬質樹脂材料、及びセラミック材料の少なくとも1つから成る。光ファイバ固定部材77は、例えばその中央部分に貫通孔を有しており、その貫通孔に光ファイバ61が挿入される。貫通孔に挿入された光ファイバ61が光ファイバ固定部材77に固定される位置は、針管51の長さと、光ファイバ挿入部53から針管51の基端部52側の端部までの距離とに基づいて決定される。
光ファイバ61の光源側の端部には、レーザユニット13に設けられた光コネクタに接続される光コネクタ47が取り付けられる。シース63は、可撓性を有する管であり、光ファイバ固定部材77と光コネクタ47との間で光ファイバを保護する。光ファイバ61は、光ファイバ固定部材77からレーザユニット13側に一定の範囲において、ポリイミド樹脂等により被覆されているか、又は別の保護チューブによって保護されていることが好ましい。
本実施形態の穿刺針15では、光ファイバ61の光出射部62を針管51の先端近傍に正確に位置合わせするために、光ファイバ挿入部53において光ファイバ挿入長の調整が可能に構成されている。図5は、本発明の第1実施形態に係る穿刺針15の基端部52の断面を示す。図6は、図5のA−A断面を示す。また、図7は、光ファイバ挿入部53に光ファイバ61が挿入された状態の基端部52の断面を示す。図5に示されるように、光ファイバ挿入部53は、針管51(図5において図示せず)に連通する貫通孔を有する。薬剤注入部54も、針管51に連通する貫通孔を有しており、光ファイバ挿入部53及び薬剤注入部54は基端部52の内部において合流する。
光ファイバ挿入部53は、あらかじめ定められた方向に沿って伸びる軸を有している。光ファイバ挿入部53は、光ファイバ固定部材77(図4も参照)が挿入される第1の部分71を有する。第1の部分71は、光ファイバ挿入部53の中心方向に突出する突起72を有する。図6に示されるように、第1の部分71は、周方向に互いに離間した位置に突起72を3つを有する。突起72は例えば樹脂材料から成る。突起72は、例えば基端部52の本体部分が射出成型で形成される場合、その射出成型時に光ファイバ挿入部53の内部に形成される。
なお、第1の部分71において突起72の数は3つには限定されず、第1の部分が4点以上の突起72を有していてもよい。また、突起72の断面形状は、特に図6に示すものには限定されない。さらに、光ファイバ挿入部53を、第1の部分71の位置において光ファイバ挿入部53の軸方向に対して垂直な方向の平面で切った場合の断面形状は、円形には限定されず、正方形や六角形などの多角形であってもよい。
また、第1の部分71において突起72を用いる代わりに、第1の部分71における断面を、楕円形又は正方形や六角形などの多角形としてもよい。要は、光ファイバ固定部材77の断面積よりも第1の部分71の断面積の方が大きく、かつ、第1の部分71の中に形成される突起又は第1の部分71の壁面が光ファイバ固定部材77の断面と2点以上で接することにより光ファイバ固定部材77の挿入時に抵抗力が生じれば事足りる。
第1の部分71において、3つの突起72は、それぞれ光ファイバの挿入方向に沿って延びる。第1の部分71では突起72が内部に突き出しているため、その突き出しの分だけ第1の部分71の内部のサイズが小さくなる。光ファイバ61(図4も参照)は、その先端側から光ファイバ挿入部53に挿入される。光ファイバ61が光ファイバ挿入部53から針管51に挿入された場合、光ファイバ61を固定する光ファイバ固定部材77は、第1の部分71に挿入される。
本実施形態では、光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは、第1の部分71の内部のサイズよりも大きい。「サイズが大きい」とは、例えば形状が円であれば直径が大きいことを指し、形状が多角形であればそれに相似する形状において各辺の長さが長いことを指す。これにより、光ファイバ固定部材77が第1の部分71の突起72にて固定されることが可能となる。本実施形態では、好ましくは、光ファイバ固定部材77は、第1の部分71とヤング率が同じか又は第1の部分よりもヤング率が高くなっている。これにより、第1の部分71の少なくとも3つの突起72又は光ファイバ固定部材77の少なくとも一方がやや変形しつつ互いに接して、その結果、光ファイバ固定部材77が第1の部分71の突起72にて固定されることが可能となる。
本実施形態において、光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する挿入方向に垂直な方向の断面のサイズは、第1の部分71の3つの突起に外接する、光ファイバ固定部材77の挿入方向に垂直な方向の断面の形状に相似する図形のサイズよりも大きい。例えば光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する挿入方向に垂直な方向の形状が円形状である場合を考える。また、第1の部分71において、図6に示すように、3つの突起72に対して外接する円76を考える。この場合、円76の直径は、光ファイバ固定部材77の外径よりも小さい。具体的に、例えば光ファイバ固定部材77の外径が1.5mm程度であった場合、円76の直径は1.45mm程度に設定される。
本実施形態では、第1の部分71において、光ファイバ固定部材77を3つの突起72で支える。第1の部分71において3つの突起72よりも内側の空間は、光ファイバ固定部材77よりも狭いため、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に挿入するためには、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に対して押し込む必要がある。光ファイバ固定部材77が第1の部分71に押し込まれると、突起72が弾性或いは塑性変形し、突起72と光ファイバ固定部材77との間に摩擦力が生じる。
本実施形態では、光ファイバ固定部材77の座屈荷重は、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に押し込んだ場合の摩擦力よりも大きい。このため、第1の部分71において光ファイバ固定部材77の位置が変更可能であり、第1の部分71に対する光ファイバ固定部材77の光ファイバ挿入方向の挿入量が調整可能である。加えて、第1の部分71において光ファイバ固定部材77と突起72との摩擦力が働くことで、光ファイバ固定部材77に力が加えられない状態で、光ファイバ挿入部53の内部に光ファイバ固定部材77を仮固定することができる。ここで、「仮固定」とは、完全には固定されないものの、多少の力が加わったとしても挿入方向に変位しない状態を指す。
本実施形態では、光ファイバ固定部材77の挿入量を調整することで、針管51の先端部分における光出射部62又は光吸収部材55(図3を参照)の位置の調整が可能である。光ファイバ固定部材77は、第1の部分71の光ファイバ挿入方向の長さの範囲でその挿入量の調整が可能である。第1の部分71の光ファイバの挿入方向の長さ、すなわち光ファイバ固定部材77の挿入量の調整範囲は、針管51の先端の鋭角に尖る部分の長さよりも長いことが好ましい。そのようにした場合、針管51の先端の鋭角に尖る部分の任意の位置に、光ファイバ61の光出射部62を配置することが可能となる。
光ファイバ挿入部53は、外部から接着剤を注入するための接着剤注入口74を有する(図5及び図7を参照)。接着剤注入口74は、第1の部分71よりも光ファイバ61の挿入方向の奥側に設けられる。第1の部分71に挿入された光ファイバ固定部材77は、接着剤注入口74から注入された接着剤で光ファイバ挿入部53の内部に固定される。なお、接着剤注入口74の開いている方向はこれに限らず、例えば、図5又は図7の紙面に垂直な方向でもよい。
光ファイバ挿入部53は、第1の部分71よりも光ファイバ61の挿入方向の手前側に、第1の部分よりも内径が大きい空間75を有する。この空間75には、図7に示されるように、光ファイバ固定部材77から光源側に一定の範囲において光ファイバ61を保護する保護チューブ(ブッシュ)78の一部が挿入される。保護チューブ78は、例えばシリコーンチューブである。なお、図7では、光ファイバ固定部材77と光コネクタ47との間で光ファイバ61を保護するシース63(図4を参照)は図示を省略している。
続いて、本実施形態における光ファイバ挿入長調整作業を説明する。作業者は、光ファイバ61の先端から離間した位置において光ファイバ61を光ファイバ固定部材77に接着剤などであらかじめ固定しておく。固定する。次いで、光ファイバ61を、光ファイバ61の先端側から光ファイバ挿入部53を通じて針管51(図2を参照)の内部に挿入し、光ファイバ固定部材77を光ファイバ挿入部53に挿入する。
作業者は、光ファイバ固定部材77を光ファイバ挿入部53の第1の部分71に押し込む。光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する押し込み量を変化させることで、光ファイバ61の針管51に対する挿入長が調整される。作業者は、光ファイバ61の挿入長を調整し、光ファイバ61の先端である光出射部62(図3を参照)を、針管51の先端近傍に配置する。光ファイバ固定部材77は、調整が終わった段階で、突起72(図6を参照)との間の摩擦力により、第1の部分71に仮固定される。
作業者は、光ファイバ61の挿入量の調整後、接着剤注入口74から接着剤を注入する。接着剤注入口74から注入された接着剤は、光ファイバ挿入部53内の空間73(図5を参照)から第1の部分71に流れ込む。図6に示されるように、第1の部分71は周方向に互いに離れた位置に3つの突起72を有しており、接着剤は、第1の部分71の中心部分に仮固定された光ファイバ固定部材77と光ファイバ挿入部53の内壁とのすき間に流れ込む。すき間に流し込まれた接着剤を硬化させることで、光ファイバ固定部材77を、光ファイバ挿入部53に固定することができる。作業者は、光ファイバ固定部材77の固定後、光ファイバ固定部材77よりも光源側に保護チューブ78を取り付け、光ファイバ固定部材77の端部と光ファイバ61とを保護チューブ78で保護する。
作業者は、光出射部62の位置が針管51の先端近傍の所望の位置となった場合、光出射部62を針管51の先端近傍に固定する。光出射部62は、例えば接着剤により針管51の先端付近に固定される。光出射部62には、針管51への挿入前に光吸収部材55(図4も参照)が取り付けられていてもよい。その場合、光吸収部材55を、紫外線硬化接着剤、光硬化接着剤、又は熱硬化接着剤により針管51の先端部分に固定することとしてもよい。
図1に戻り、プローブ11は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。プローブ11は、被検体に穿刺針15が穿刺された後に、光吸収部材55(図3を参照)から発せられた光音響波を検出する。また、プローブ11は、光音響波の検出に加えて、被検体に対する音響波(超音波)の送信、及び送信した超音波に対する反射音響波(反射超音波)の受信を行う。超音波の送受信は分離した位置で行ってもよい。例えばプローブ11とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ11で受信してもよい。プローブ11は、リニアプローブに限定されず、コンベクスプローブ、又はセクタープローブでもよい。
超音波ユニット12は、受信回路21、受信メモリ22、データ分離手段23、光音響画像生成手段24、超音波画像生成手段25、画像合成手段26、制御手段28、及び送信制御回路29を有する。超音波ユニット12は、信号処理装置を構成する。超音波ユニット12は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有する。超音波ユニット12には、光音響画像生成に関するプログラムが組み込まれており、そのプログラムに従ってプロセッサが動作することで、超音波ユニット12内の各部の少なくとも一部の機能が実現する。
受信回路21は、プローブ11が出力する検出信号を受信し、受信した検出信号を受信メモリ22に格納する。受信回路21は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、ローパスフィルタ、及びAD変換器(Analog to Digital convertor)を含む。プローブ11の検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされた後にAD変換器でデジタル信号に格納され、受信メモリ22に格納される。受信回路21は、例えば1つのIC(Integrated Circuit)で構成される。
受信回路21は、AD変換された光音響波及び反射超音波の検出信号(サンプリングデータ)を受信メモリ22に格納する。データ分離手段23は、受信メモリ22に格納された光音響波の検出信号のサンプリングデータと反射超音波の検出信号のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段23は、光音響波の検出信号のサンプリングデータを光音響画像生成手段24に入力する。また、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像生成手段(反射音響波画像生成手段)25に入力する。
光音響画像生成手段24は、プローブ11で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。超音波画像生成手段25は、プローブ11で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像(反射音響波画像)を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。
画像合成手段26は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段26は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、ディスプレイ装置などの画像表示手段14に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段14に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
制御手段28は、超音波ユニット12内の各部を制御する。制御手段28は、例えば光音響画像を取得する場合は、レーザユニット13にトリガ信号を送信し、レーザユニット13からレーザ光を出射させる。また、レーザ光の出射に合わせて、受信回路21にサンプリングトリガ信号を送信し、光音響波のサンプリング開始タイミングなどを制御する。
制御手段28は、超音波画像を取得する場合は、送信制御回路29に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路29は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ11から超音波を送信させる。制御手段28は、超音波送信のタイミングに合わせて受信回路21にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。
本実施形態では、光ファイバ61が固定された光ファイバ固定部材77が光ファイバ挿入部53に挿入される。光ファイバ挿入部53は光ファイバ固定部材77が挿入される第1の部分71を有しており、第1の部分71は、中心方向に突出する少なくとも3つの突起を周方向に互いに離間した位置に有する。本実施形態では、光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは第1の部分71の内部のサイズよりも大きく、かつ光ファイバ固定部材77は第1の部分71よりも硬い。第1の部分71の内部のサイズは光ファイバ固定部材77より小さいものの、光ファイバ固定部材77は第1の部分71よりも硬いため、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に挿入することが可能である。第1の部分71に対する光ファイバ固定部材77の挿入量を調整することで、光ファイバ61の先端を、針管51の先端近傍に正確に位置合わせすることが可能である。
本実施形態では、光ファイバ固定部材77は、光ファイバ挿入長の調整後、調整された位置に接着剤などを用いて固定される。本実施形態では、第1の部分71に挿入される光ファイバ固定部材77は、そのサイズが第1の部分71の内部のサイズよりも大きい。このため、光ファイバ挿入長の調整が終了してから光ファイバ固定部材77が接着剤などで固定されるまでの間、光ファイバ固定部材77は、第1の部分71において突起72と光ファイバ固定部材77との間に働く摩擦力で保持される。したがって、光ファイバ挿入長が変化することを抑制することが可能である。本実施形態では、作業者は、光ファイバ挿入長を調整してから光ファイバ固定部材77が固定されるまでの間、光ファイバ61の変位を防ぐために光ファイバ61を保持し続ける必要がなく、調整作業が簡素化される。
次いで、本発明の第2実施形態を説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る穿刺針の基端部の断面を示す。本実施形態に係る穿刺針は、光ファイバ固定部材77が内部に挿入される金属管79を更に有する。光ファイバ挿入部53(図5を参照)は、第1の部分71に加えて、第1の部分71よりも光ファイバ挿入方向の手前側に第2の部分80を有する。第2の部分80のサイズは第1の部分71のサイズよりも大きい。その他の点は、第1実施形態と同様でよい。
金属管79は、内部に光ファイバ固定部材77が挿入される内腔を有している。その内腔の直径は、光ファイバ固定部材77の外径よりも大きい。例えば光ファイバ固定部材77の外径が1.4mm程度である場合、金属管79の内腔の直径は1.6mm程度に設定される。第2の部分80は、金属管79が挿入される部分である。第2の部分80の内径は、金属管79の外径とほぼ同じ大きさか又は金属管79の外径より小さめに設定される。金属管79は、例えば第2の部分80に対して圧入される。金属管79は、第2の部分80の内壁との間に働く摩擦力で、光ファイバ挿入部53内に固定される。第2の部分80においてその内壁と金属管79との間に働く摩擦力は、第1の部分71において突起72と光ファイバ固定部材77との間に働く摩擦力よりも大きい。
作業者は、光ファイバ61を光ファイバ挿入部53から針管51(図2を参照)に挿入するのに先立って、金属管79を光ファイバ挿入部53の第2の部分80に挿入する。次いで作業者は、金属管79が挿入された光ファイバ挿入部53を通じて、光ファイバ61を針管51に挿入する。第1の部分71に対する光ファイバ固定部材77の挿入は、第1実施形態で説明したものと同様である。
作業者は、光ファイバ固定部材77の挿入量の調整後、金属管79の光源側の端部から、金属管79と光ファイバ固定部材77とのすき間に向って接着剤を注入する。これにより、光ファイバ固定部材77は、金属管79に瞬時に固定される。作業者は、更に接着剤注入口74から接着剤を注入し、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に固定する。一般に、接着剤による金属同士の接着の強度は、樹脂と金属との間の接着強度よりも高い。光ファイバ固定部材77が金属から成る場合、光ファイバ固定部材77と金属管79との間の接着強度は、光ファイバ固定部材77と第1の部分71との間の接着強度よりも高い。作業者は、光ファイバ固定部材77の固定後、光ファイバ固定部材77よりも光源側に保護チューブ78を取り付け、光ファイバ固定部材77の端部と光ファイバ61とを保護チューブ78で保護する。
本実施形態に係る穿刺針は金属管79を有する。金属管79は光ファイバ挿入部53に挿入され、光ファイバ61の針管51に対する挿入、及び光ファイバ挿入部53の第1の部分に対する光ファイバ固定部材77の挿入は、金属管79を通じて実施される。光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する挿入量の調整後、光ファイバ固定部材77を瞬間接着剤などを用いて金属管79に強く固定することで他の接着部位にはより硬化に時間がかかるが安定な接着剤等を用いることができるようになる。また、第1の部分71に注入された接着剤が硬化後に金属管79で食い止められることで、光ファイバ固定部材77の固定をより強固にすることができる。また、金属管79により固定を短時間で強固にできるため、光ファイバ固定部材と第1の部分71の間の摩擦力を第1の実施例の場合よりも低く設定し、光ファイバ61の先端部を調整する際に、より弱い力で微調整可能とできる。その他の効果は第1実施形態と同様である。
また、上記実施形態の派生的形態に係わる組み立て法として、光ファイバ固定部材77をシース63に通してシース63と仮固定した後に、シース63と光ファイバ61を固定する間接的な固定方法を利用する組み立て方法がある。すなわち、光ファイバ固定部材77を一度シース63の端部をわずかに越えた位置まで通す。次いで、光ファイバ固定部材77がシース63の端部をわずかに越えた位置において光ファイバ固定部材77を例えばペンチなどを用いて光ファイバ61が折れない程度にかしめる。光ファイバ固定部材77をかしめる場所は、たとえば、光ファイバ固定部材77のうち、光源側の端部近傍の一部である。このかしめる工程により、光ファイバ固定部材77とシース63の一部が接し、摩擦力を得ながらシース63(すなわち、光ファイバ61の先端部)の位置を調整することが可能となる。この状態で、光ファイバ固定部材77を第1の部分71に挿入する。
上記派生的形態に係わる組み立て法によると、光ファイバ固定部材77と第1の部分71の間の第1の摩擦力、及び、光ファイバ固定部材77とシース63の間の第2の摩擦力の2種類の摩擦力を利用することができる。その作用効果は、例えば、第1の摩擦力のバラツキが樹脂成型の公差により大きい場合、光ファイバ固定部材77の第1の部分71に対する位置を粗く調整したのちに、第1の摩擦力よりも小さい第2の摩擦力を用いて光ファイバ固定部材77に対するシース63の変位を微調整する事が可能となる。これは、組立工程の安定化及び/又は効率化に寄与する。ファイバ挿入量調整後の組み立て方法は第1の実施形態又は第2の実施形態で説明したものを適宜採用できる。
なお、上記各実施形態では、プローブ11が光音響波と反射超音波の双方を検出するものとして説明したが、超音波画像の生成に用いるプローブと光音響画像の生成に用いるプローブとは、必ずしも同一である必要はない。光音響波と反射超音波とを、それぞれ別個のプローブで検出してもよい。また、光音響波の検出(サンプリング)と、反射超音波の検出(サンプリング)とは、どちらを先に行ってもよい。
穿刺針は、経皮的に被検体外部から被検体に穿刺されるものには限定されず、超音波内視鏡用の針であってもよい。超音波内視鏡用の針に光ファイバ61と光吸収部材55とを設け、針先端部分に設けられた光吸収部材55に対して光を照射し、光音響波を検出して光音響画像を生成してもよい。その場合、光音響画像を観察して超音波内視鏡用の針の先端部の位置を確認しながら穿刺することができる。超音波内視鏡用の針の先端部で発生した光音響波は、体表用プローブを用いて検出してもよいし、内視鏡に組み込まれたプローブを用いて検出してもよい。
図2では、光ファイバ挿入部53が針管51の軸方向に対して傾いており、光ファイバ61が針管51の軸方向に対して傾いた角度で基端部52に挿入される例を示したが、これには限定されない。光ファイバ挿入部53と薬剤注入部54との位置関係は、図2に示したものには限定されず、任意である。図9は、第1の変形例に係る穿刺針を示す。この穿刺針15aの基端部52aは、針管51の軸方向の延長線上に光ファイバ挿入部53を有しており、薬剤注入部54は針管51の軸方向に対して傾いている。この場合でも、光ファイバ挿入部53内に挿入された光ファイバ固定部材77を変位させることで、光ファイバ61の挿入長の調整が可能である。
上記各実施形態では、穿刺針15が基端部52に薬剤注入部54を有する例について説明したが、穿刺針15は必ずしも薬剤注入部54を有していなくてもよい。そのような場合、針管51の内部、特にその先端部分は光ファイバ61の挿入後に塞がれてもよい。
穿刺針15は、内針と外針とを有するものであってもよい。図10A、10B及び10Cは、第2の変形例に係る穿刺針15bを示す。図10Aは穿刺針全体の外観を示し、図10Bは外針の外観を示し、図10Cは内針の外観を示す。穿刺針15bは、外針151と内針153とを有する。外針151は、内部に内腔を有している。内針153は、例えば外針151の内径とほぼ同じ大きさの外径を有しており、中空の外針151に対して抜き差し可能に構成される。外針151は外針基152に接着され(図10Bを参照)、内針153は内針基154に接着される(図10Cを参照)。内針基154は、光ファイバ挿入部53を有しており、内針153の内部には光ファイバ61(図2などを参照)が挿入されている。
内針153は、外針基152側から外針151の内腔に挿入され、外針151の内腔の少なくとも一部を、生体の切片等が内腔に侵入するのを防ぐ程度に封止する。内針基154には、接続位置合わせのための突起部が設けられており、外針基152には、内針基154の突起部に係合する溝が設けられている。外針151内に内針153をセットする場合、内針基154の突起と外針基152の溝との位置を合わせた上で、内針基154を外針基152に嵌合させる。
図11は、第2の変形例に係る穿刺針15bの先端付近の断面を示す。外針151及び内針153は、先端部分が鋭角に尖っている。内針153は、針管を構成するチューブ155を有する。光ファイバ61は、チューブ155の管内に挿入される。チューブ155の内部において、光ファイバ61の光出射部62は光吸収部材55により覆われている。光ファイバ61の挿入後に光吸収部材55で光出射部62を覆うのに代えて、光出射部62を光吸収部材55で覆った後に光ファイバ61をチューブ155の管内に挿入してもよい。内針153(チューブ155)に対する光ファイバの挿入長を調整することで、チューブ155の先端(開口)に対する光出射部62及び光吸収部材55の位置の調整が可能である。光ファイバ61の挿入長の調整後、チューブ155の内部は透明樹脂156で満たされ、チューブ155の内部に光ファイバ61が埋め込まれる。透明樹脂156には、例えば音響波の減衰が少ない軟性エポキシ樹脂が用いられる。
術者は、外針151内に内針153がセットされた状態(図10Aを参照)で、穿刺針15bを被検体へ穿刺する。外針151の内腔が内針153により塞がれるため、針を穿刺している途中に肉片などを巻き込むことを防止でき、術者の刺す感覚が妨げられることを防止できる。また、穿刺部位から外針151の内腔への水分の流入も防止できる。術者は、被検体への穿刺後、内針基154と外針基152との接続を解除し、外針151から内針153を抜去する。内針153の抜去後、外針基152にシリンジなどを装着し、例えば麻酔薬などの薬剤の注入を行う。あるいは、被検体の穿刺針15bが穿刺された箇所から生検試料を採取する。
上記各実施形態では、挿入物として穿刺針を考えたが、これには限定されない。挿入物は、血管内に挿入されるカテーテルであってもよい。また、挿入物は、留置針であってもよい。上記各実施形態では、針として先端に開口を有する針を想定したが、開口は必ずしも先端部分に設けられている必要はない。針は、注射針のような針には限定されず、生体検査に用いられる生検針であってよい。すなわち、生体の検査対象物に穿刺して検査対象物中の生検部位の組織を採取可能な生検針であってもよい。また、針は、血管、皮下又は腹くう内臓器など、深部までの穿刺を目的とするガイディングニードルとして使用されてもよい。
図2において、針管51と基端部52とは必ずしも分離不能に構成されている必要はなく、針管51の部分と基端部52の部分とが分離可能に構成されていてもよい。例えば、基端部52の針管51が接続される部分を市販の針(針管)と結合(嵌合)するねじ構造とし、基端部52に対して任意の針を取り付け可能としてもよい。その場合、基端部52の部分を、針管(中空の管)に対して嵌合可能なアタッチメント部材とすることができる。針管を付け替え可能に構成する場合、光ファイバにはあらかじめ光吸収部材が取り付けられていることが望ましい。術者などは、別途準備した針をアタッチメント部材(基端部)に嵌め込み、第1の部分71に対する光ファイバ固定部材77(図7などを参照)の挿入量を調整することを通じて光吸収部材を針先端に位置調整する。このようにすることで、施術直前に、針先端位置を超音波で確認できる機能を有する針を組み立てることができる。
最後に、図12に、光音響画像生成装置の外観を示す。超音波ユニット12にはプローブ11が接続される。超音波ユニット12は、画像表示手段14を含む一体型の装置として構成されている。超音波ユニット12は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及びバスなどを有する。超音波ユニット12には、光音響画像生成に関するプログラムが組み込まれている。なお、レーザユニット40は図1のレーザユニット13に対応する。
超音波ユニット12は、トリガ信号ポート及び電源ポートを含むポート32を有する。レーザユニット40の電源入力端子41及びトリガ入力端子42を含むコネクタは、ポート32に挿し込まれる。レーザユニット40を、カードサイズの小型・軽量な装置とした場合、超音波ユニット12のポート32に挿し込むことでその保持が可能である。また、レーザユニット40から、トリガ信号、電源ラインを含むケーブルが出ており、それが超音波ユニット12に接続されてもよい。
穿刺針15の導光部材を構成する光ファイバ61の一端には、レーザユニット40の光出力端子に接続される光コネクタ47が配置される。光コネクタ47を配置するのに代えて、光ファイバ61がそのまま光出力端子に挿入され、ばね力などにより保持されてもよい。術者が穿刺針15を引っ張るなどして光出力端子に強い力が働くと、光ファイバ61が光出力端子から抜け、光ファイバ61が折れることが防止できる。また、光出力端子に対して光ファイバ61を直接抜き差し可能とすることで、穿刺針15から延びる光ファイバには光コネクタ47を設ける必要がなく、コストを低減できる効果がある。
レーザユニット40から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギーは、光ファイバ61のコア直径が200μmであれば、6.4μJとすることができる。光ファイバ61のコア直径が100μmであれば、2.0μJとすることができる。パルス時間幅については、80nsとすることができる。
なお、図12においては、ポート32が存在する面と対向する面に光出力端子が設けられているが、光出力端子は、ポート32が存在する面と直交する面に設けられていることが好ましい。対向する面に設けられている場合、術者が穿刺針15を動かしたときにレーザユニット40が引っ張られると、レーザユニット40がポート32から抜けることがある。これに対し、直交する面に設けられている場合、レーザユニット40が引っ張られても、レーザユニット40がポート32から抜けにくくなる。
トリガ入力信号と電源ラインは必ずしも同じケーブルでなくてもよく、トリガ入力端子42は、例えば通常の超音波システムに附属しているECG(心電図:Electrocardiogram)同期用のコネクタなどからトリガ信号を取得してもよい。また、電源端子は、USB端子から取り出してもよい。あるいは、プローブのコネクタの一部の端子からトリガ信号を取得してもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の挿入物及びアタッチメント部材は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
11:プローブ
12:超音波ユニット
13:レーザユニット
14:画像表示手段
15、15a、15b:穿刺針
21:受信回路
22:受信メモリ
23:データ分離手段
24:光音響画像生成手段
25:超音波画像生成手段
26:画像合成手段
28:制御手段
29:送信制御回路
32:ポート
40:レーザユニット
41:電源入力端子
42:トリガ入力端子
47:光コネクタ
51:針管
52、52a:基端部
53:光ファイバ挿入部
54:薬剤注入部
55:光吸収部材
61:光ファイバ
62:光出射部
63:シース
71:第1の部分
72:突起
73:空間
74:接着剤注入口
75:空間
76:円
77:光ファイバ固定部材
78:保護チューブ
79:金属管
80:第2の部分
151:外針
152:外針基
153:内針
154:内針基
155:チューブ
156:透明樹脂

Claims (15)

  1. 少なくとも一部が被検体内に挿入される中空の管と、
    前記中空の管の内部に挿入され、光源から出射される光を導光する光ファイバと、
    前記光ファイバの挿入に用いられる光ファイバ挿入部を含む基端部と、
    前記光ファイバにより導光された光が照射された場合に該光を吸収して光音響波を発生する光吸収部材と、
    前記光ファイバの先端から離間した位置において前記光ファイバを固定し、前記光ファイバ挿入部に挿入される光ファイバ固定部材とを備え、
    前記光ファイバ挿入部は、前記光ファイバ固定部材が挿入される第1の部分であって、中心方向に突出する少なくとも3点の突起を周方向に互いに離間した位置に有する第1の部分を含み、
    前記光ファイバ固定部材の前記第1の部分に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは、前記第1の部分の内部のサイズよりも大きく、かつ、前記光ファイバ固定部材は前記第1の部分の前記少なくとも3点の突起にて固定されている挿入物。
  2. 前記光ファイバ固定部材の前記挿入方向に垂直な方向の断面のサイズは、前記少なくとも3点の突起に外接する、前記光ファイバ固定部材の前記挿入方向に垂直な方向の断面の形状に相似する図形のサイズよりも大きい請求項1に記載の挿入物。
  3. 前記光ファイバ挿入部はあらかじめ定められた方向に沿って伸びる軸を有しており、前記光ファイバ固定部材は前記第1の部分に対する前記軸方向の挿入量が調整可能である請求項1又は2に記載の挿入物。
  4. 前記少なくとも3点の突起は前記光ファイバの挿入方向に沿って延びる請求項1から3何れか1項に記載の挿入物。
  5. 前記光ファイバ挿入部は、前記第1の部分よりも前記光ファイバの挿入方向の奥側に接着剤注入口を更に有する請求項1から4何れか1項に記載の挿入物。
  6. 前記光ファイバ固定部材は前記接着剤注入口から注入された接着剤で前記光ファイバ挿入部内に固定される請求項5に記載の挿入物。
  7. 前記光ファイバ固定部材のヤング率は、前記第1の部分のヤング率と同じか又は前記第1の部分のヤング率よりも高い請求項1に記載の挿入物。
  8. 前記光ファイバ固定部材は金属材料、硬質樹脂又はセラミック材料の少なくとも1つから成る請求項1から6何れか1項に記載の挿入物。
  9. 前記少なくとも3点の突起は樹脂材料から成る請求項1から8何れか1項に記載の挿入物。
  10. 前記光ファイバ固定部材が内部に挿入される金属管を更に有する請求項1から9何れか1項に記載の挿入物。
  11. 前記光ファイバ挿入部は、前記第1の部分よりも前記光ファイバの挿入方向の手前側に前記光ファイバ固定部材よりもサイズが大きい第2の部分を含み、前記金属管は前記第2の部分に挿入される請求項10に記載の挿入物。
  12. 前記金属管の内部のサイズは前記光ファイバ固定部材のサイズよりも大きい請求項10又は11に記載の挿入物。
  13. 前記中空の管は先端に開口を有し、前記中空の管の先端は鋭角に尖る請求項1から12何れか1項に記載の挿入物。
  14. 前記第1の部分の前記光ファイバの挿入方向の長さは、前記中空の管の先端の鋭角に尖る部分の長さよりも長い請求項13に記載の挿入物。
  15. 少なくとも一部が被検体内に挿入される中空の管と嵌合可能なアタッチメント部材であって、
    前記中空の管が嵌合された場合に該中空の管の内部に挿入され、光源から出射される光を導光する光ファイバと、
    前記光ファイバの挿入に用いられる光ファイバ挿入部を含む基端部と、
    前記光ファイバの先端から離間した位置において前記光ファイバを固定し、前記光ファイバ挿入部に挿入される光ファイバ固定部材とを備え、
    前記光ファイバ挿入部は、前記光ファイバ固定部材が挿入される第1の部分であって、中心方向に突出する少なくとも3点の突起を周方向に互いに離間した位置に有する第1の部分を含み、
    前記光ファイバ固定部材の前記第1の部分に対する挿入方向に垂直な方向のサイズは、前記第1の部分の内部のサイズよりも大きく、かつ、前記光ファイバ固定部材は前記第1の部分の前記少なくとも3点の突起にて固定されているアタッチメント部材。
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