TWI744910B - 光纖掃描探頭及內視鏡 - Google Patents

Abstract

一種光纖掃描探頭，包含轉動元件以及光纖。轉動元件包含扭矩繩，其可以自身的軸心為旋轉中心轉動。光纖偏心設置於轉動元件，且光纖的軸心與扭矩繩的軸心實質上平行。當轉動元件以扭矩繩的軸心轉動時，轉動元件帶動光纖的自由端沿弧線路徑進行掃描。

Description

光纖掃描探頭及內視鏡

本創意係關於一種光纖掃描探頭以及包含此光纖掃描探頭的內視鏡。

光學同調斷層掃描(Optical Coherence Tomography, OCT)為近年來快速發展之血管內影像技術，利用掃描光束來重建生物組織的2D或3D結構，具有非游離性能量場源、高解析度、高速掃描及成像等優點。目前最普遍的應用，是在內視鏡或心導管的前端配置光纖探頭，利用光纖探頭執行光學同調斷層掃描以檢查體內組織的情形。光學同調斷層掃描是現有臨床上可提供最清晰體內組織影像的技術，能有效地對於體內組織作病變性質的評估與更加合適準確的選擇治療策略，最終可以增進整體醫療的品質與術後成果。

現有的光學同調斷層影像系統為了能順利取得組織的二維斷層影像，在樣本臂(Sample arm)需搭配掃描機制。目前，光纖掃描探頭最常見是利用壓電力或電磁力驅動光纖晃動而達到掃描功能。然而，在光纖掃描探頭內都需配置電源供應裝置來驅動光纖運動，這對於人體組織有觸電或電磁干擾的風險存在，導致在內視鏡檢查或心導管手術時增加醫療風險。此外，部分驅動光纖運動的方式是以光纖底部做驅動，因此光纖的出光端實際上有傾角變化，這將會需要搭配光學鏡組作光路修正調整，因此架構複雜度高，而不利於光纖掃描探頭的小型化。

本創意揭露一種光纖掃描探頭，有助於解決電源供應裝置配置在探頭內造成醫療風險增加以及需要搭配光學鏡組造成小型化困難的問題。本創意實施例還揭露一種包含光纖掃描探頭的內視鏡。

本創意所揭露的光纖掃描探頭包含一轉動元件以及至少一光纖。轉動元件包含一扭矩繩，扭矩繩可以自身的軸心為旋轉中心轉動。光纖偏心設置於轉動元件，且光纖的軸心與扭矩繩的軸心實質上平行。當轉動元件以扭矩繩的軸心為旋轉中心轉動時，轉動元件帶動光纖的一自由端沿一弧線路徑進行掃描。

本創意所揭露的一種內視鏡包含外殼、感光元件以及前述的光纖掃描探頭。感光元件與光纖掃描探頭設置於外殼內，且光纖掃描探頭的軸向延伸方向與感光元件的軸向延伸方向實質上平行。

根據本創意所揭露的光纖掃描探頭，當轉動元件以扭矩繩的軸心為中心轉動時，由於扭矩繩與光纖是偏心設置，轉動元件會帶動光纖的自由端沿弧線路徑進行掃描。在光纖進行掃描時，光纖之自由端的端面維持朝向同方向，而有助於確保在掃描檢體組織時不需要設置額外的光學鏡片來修正光路，進而有助於光纖掃描探頭的小型化。另外，轉動元件中的扭矩繩具有在轉動時不產生扭轉應變的特性，因此可避免光纖的自由端產生沿著轉動元件徑向方向上的運動行為，有助於獲得品質穩定的掃描影像。

以上之關於本創意內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例，其足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

以下，所述「A元件與B元件偏心設置」以及「A元件偏心設置於B元件」，是指A元件與B元件的中心相互偏離。在部分情況下，具體是指A元件與B元件各自的軸心相互偏離，也就是說A元件與B元件非同心。

根據本創意的一實施例，光纖掃描探頭包含一轉動元件以及至少一光纖。請參照圖1和圖2，其中圖1為根據本創意第一實施例之光纖掃描探頭的立體示意圖，圖2為圖1之光纖掃描探頭的內部示意圖。在本實施例中，光纖掃描探頭1a包含一探頭套管10、一轉動元件20、一光纖30以及一驅動源40，並且轉動元件20與光纖30的前端部分設置於探頭套管10內。

轉動元件20包含一扭矩繩(或稱扭矩線纜，Torque Rope)210、一基座220以及一套筒230。扭矩繩210可以自身的軸心A1為旋轉中心轉動。扭矩繩210的前端部分、套筒230以及基座220是設置於探頭套管10內。詳細來說，基座220例如但不限於是一凸塊，扭矩繩210套設在套筒230中，基座220設置於套筒230的外表面，因此，當扭矩繩210相對探頭套管10轉動時，會一併帶動基座220一起轉動。

進一步參照圖3和圖4，其中圖3為圖2之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。圖4為圖1之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。光纖30偏心設置於轉動元件20。此處所謂的偏心設置，係指光纖30的軸心A2與扭矩繩210的軸心A1間隔一距離。詳細來說，光纖30設置於轉動元件20的基座220。光纖30的軸心A2與扭矩繩210的軸心A1相互偏離並且實質上彼此平行。

驅動源40設置於探頭套管10外部，且轉動元件20的扭矩繩210連接於驅動源40。透過驅動源40輸出動力，可使扭矩繩210相對探頭套管10轉動。驅動源40例如但不限於是伺服電機。

當轉動元件20的扭矩繩210以軸心A1為中心轉動時，由於光纖30是偏心設置，轉動元件20會帶動光纖30的自由端310沿一弧線路徑R進行掃描。扭矩繩210的各個部位在轉動時不產生扭轉應變，且光纖30設置於轉動元件20的基座220，因此可避免光纖30的自由端310產生沿著扭矩繩210的徑向方向上的運動行為。前述扭矩繩210不產生扭轉應變，是包含完全無扭轉應變產生的情況，以及雖產生扭轉應變但微小到無法影響光纖30運動路徑的情況。

在轉動元件20轉動時，透過扭矩繩210轉動時不產生扭轉應變的特性，光纖30的自由端310之端面311的法線方向可維持與扭矩繩210的軸心A1實質上平行。維持光纖30的端面311朝向同一方向有助於在掃描檢體組織時不需要額外設置光學鏡片來修正光路，進而有助於光纖掃描探頭1a的小型化。此外，在本實施例中的驅動源40設置於探頭套管10外部，因而探頭套管10不需要提供容置驅動源40的空間，有助於減小探頭套管10的尺寸，進而促進光纖掃描探頭1a的小型化。

在本實施例，轉動元件20偏心設置於探頭套管10內，也就是說扭矩繩210的軸心A1與探頭套管10的軸心A0相互偏離。藉此，探頭套管10能提供較大的內部空間讓光纖30活動，可以增加弧線路徑R的長度(掃描的有效行程)，而使光纖30能掃描較大面積的檢體組織。

第一實施例的轉動元件包含扭矩繩，但本創意並不以此為限。請參照圖5，為根據本創意第二實施例之的內部立體示意圖。第二實施例與第一實施例相似，但要注意的是，在本實施例中，光纖掃描探頭1b包含一轉動元件20b。轉動元件20b設置於探頭套管10內，且轉動元件20b包含一扭矩繩210以及一轉體225。詳細來說，第一實施例的轉動元件20中，基座220與套筒230可為一體成形，是為本實施例中的轉體225。意即，扭矩繩210與光纖30皆設置於轉體225，光纖30的軸心A2與轉動元件20b的旋轉軸心A1（即扭矩繩210的軸心A1）間隔一距離（為偏心設置）。轉體225為具有任意形狀的盤體，其可由高碳鋼、不鏽鋼或聚醯胺等具有高剛度的材質製成，可以固定光纖30的軸心A2與扭矩繩210之軸心A1的距離，因而在轉動時能夠不產生扭轉應變。

請參照圖6，為根據本創意第三實施例之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。第三實施例與第一實施例相似，但要注意的是，在本實施例中，光纖掃描探頭1c包含探頭套管10c、轉動元件20c以及光纖30。轉動元件20c包含設置於探頭套管10c內的一扭矩繩210、一基座220以及一套筒230。基座220透過一彈性件240設置於套筒230的外表面。光纖掃描探頭1c更包含一座體220c，並且座體220c設置於套筒230的外表面。座體220c具有一樞轉件241，樞轉件241可轉動地設置於座體220c。基座220具有一齒條221，其可與樞轉件241常態性地嚙合。

樞轉件241與探頭套管10c交互作用而使齒條221與樞轉件241分離或嚙合，進而調整光纖30的軸心與扭矩繩210的軸心之間的距離。詳細來說，樞轉件241和齒條221的搭配可以在光纖30進行掃描的同時調整光纖30軸心與扭矩繩210軸心之間的距離。請一併參照圖7和圖8，為圖6中光纖與扭矩繩之間的距離被調整的示意圖。如圖7所示，扭矩繩210轉動以帶動光纖30沿第一方向D1移動進行掃描，並且扭矩繩210的轉動導致樞轉件241碰觸到探頭套管10c的內壁面。樞轉件241受到探頭套管10c的反作用力而轉動脫離齒條221。此時，由於樞轉件241未與齒條221干涉，彈性件240自身的彈性力能讓基座220相對套筒230移動，進而調整改變光纖30之軸心與扭矩繩210軸心之間的距離。

又如圖8所示，扭矩繩210轉動以帶動光纖30沿相反於第一方向D1的第二方向D2移動進行掃描，並且扭矩繩210的反向轉動導致樞轉件241與探頭套管10c的內壁面分離。此時，樞轉件241可復位而與基座220上的齒條221嚙合。例如，在樞轉件241與探頭套管10c分離後，與樞轉件241連接的扭簧(未另繪示)能依靠自身的彈性力讓樞轉件241再次與齒條221嚙合。樞轉件241與齒條221再次嚙合後能維持光纖30軸心與扭矩繩210軸心之間的距離。藉此，在確保光纖30的端面311維持朝向同方向的情況下，光纖30還可在扭矩繩210的徑向方向上有相對位移來改變光纖30與扭矩繩210的軸心間距，進而讓光纖掃描探頭1c可以做三維度的光學同調斷層掃描。

圖9為根據本創意第四實施例之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。圖10為圖9之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。第四實施例與第一實施例相似，但要注意的是，在本實施例中，光纖掃描探頭1d包含探頭套管10、轉動元件20以及多條光纖30。光纖30設置於轉動元件20的基座220，並且這些光纖30各自的軸心A2與轉動元件20之扭矩繩210的軸心A1之間的距離可相同或可不完全相同。在一實施例中，這些光纖30各自的軸心A2與轉動元件20之扭矩繩210的軸心A1更具體來說是徑向方向上的距離不相同。與扭矩繩210較接近的光纖30以及與扭矩繩210較遠的光纖30可分別掃描檢體組織的不同位置，進而可做三維度的光學同調斷層掃描。

圖11為根據本創意第五實施例之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。圖12為圖11之光纖掃描探頭沿線12-12的剖切示意圖。第五實施例與第一實施例相似，但要注意的是，在本實施例中，光纖掃描探頭1e的轉動元件20e包含一扭矩繩210、一基座220、一套筒230以及一固定座250。詳細來說，扭矩繩210套設在套筒230中，基座220設置於套筒230的外表面，以使基座220自扭矩繩210的側面突出。扭矩繩210與光纖30穿過固定座250，且基座220與固定座250相互間隔一距離。

固定座250具有一穿槽252，並且光纖30經由穿槽252穿過固定座250。在一實施例中，穿槽222的口徑大於光纖30的直徑，可提供光纖30在固定座250中移動或扭動的緩衝空間，藉此，光纖30的後端部分被固定座250限制，固定座250可用以限制光纖30掃描時的行程，避免光纖30停止掃描時因為慣性作用力而發生彎曲之現象，能增進掃描時光纖30的穩定性，及降低光纖30在掃描時會與扭矩繩210糾纏在一起的機率。

本創意所揭露的光纖掃描探頭可以廣泛應用在各種光學設備，其中一個應用是作為內視鏡或心導管內建的掃描探頭。圖13為根據本創意一實施例之內視鏡的示意圖。內視鏡2包含一外殼21、一感光元件22以及前述任一實施例的光纖掃描探頭。圖13繪示的內視鏡2包含第一實施例的光纖掃描探頭1a以及感光元件22，二者設置於外殼21內。詳細來說，光纖掃描探頭1a的軸向延伸方向與感光元件22的軸向延伸方向實質上平行。外殼21具有蛇腹管結構，以使內視鏡2可以被彎曲以改變光纖掃描探頭1a的面對方向。

綜上所述，本創意所揭露的光纖掃描探頭中，當轉動元件以扭矩繩的軸心為中心轉動時，由於扭矩繩與光纖是偏心設置，轉動元件會帶動光纖的自由端沿弧線路徑進行掃描。在光纖進行掃描時，光纖之自由端的端面維持朝向同方向，而有助於確保在掃描檢體組織時不需要設置額外的光學鏡片來修正光路，進而有助於光纖掃描探頭的小型化。另外，轉動元件中的扭矩繩具有在轉動時不產生扭轉應變的特性，因此可避免光纖的自由端產生沿著轉動元件徑向方向上的運動行為，有助於獲得品質穩定的掃描影像。

此外，驅動源設置於探頭套管外部，而有助於減小探頭套管的尺寸以及增進光纖掃描探頭的小型化。並且，在應用至內視鏡時，光纖掃描探頭的前端會進入生物體體內，而因為驅動源沒有設置於探頭套管內，可避免生物體觸電或電磁干擾的風險存在。

雖然本創意以前述之實施例揭露如上，然而這些實施例並非用以限定本發明。在不脫離本創意之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1a、1b、1c、1d、1e:光纖掃描探頭 2:內視鏡 21:外殼 22:感光元件 10、10c:探頭套管 110:卡合件 20、20b、20c、20e:轉動元件 210:扭矩繩 220:基座 220c:座體 221:齒條 225:轉體 230:套筒 240:彈性件 241:樞轉件 250:固定座 252:穿槽 30:光纖 310:自由端 311:端面 40:驅動源 A0、A1、A2:軸心 D1:第一方向 D2:第二方向 R:弧線路徑

圖1為根據本創意第一實施例之光纖掃描探頭的示意圖。 圖2為圖1之光纖掃描探頭的內部立體示意圖。 圖3為圖2之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。 圖4為圖1之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。 圖5為根據本創意第二實施例之的內部立體示意圖。 圖6為根據本創意第三實施例之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。 圖7和圖8為圖6中光纖與扭矩繩之間的距離被調整的示意圖。 圖9為根據本創意第四實施例之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。 圖10為圖9之光纖掃描探頭的內部前視示意圖。 圖11為根據本創意第五實施例之光纖掃描探頭的內部側視示意圖。 圖12為圖11之光纖掃描探頭沿線12-12的剖切示意圖。 圖13根據本創意一實施例之內視鏡的示意圖。

10:探頭套管

20:轉動元件

210:扭矩繩

220:基座

230:套筒

30:光纖

310:自由端

311:端面

A1、A2:軸心

Claims (11)

1. 一種光纖掃描探頭，包含：一轉動元件，包含一扭矩繩，該扭矩繩是可以該扭矩繩的軸心為旋轉中心轉動，該扭矩繩在轉動時不產生扭轉應變；以及至少一光纖，偏心設置於該轉動元件，且該至少一光纖的軸心與該扭矩繩的軸心實質上平行；其中，當該轉動元件以該扭矩繩的軸心為旋轉中心轉動時，該轉動元件帶動該至少一光纖的一自由端沿一弧線路徑進行掃描。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖掃描探頭，其中在該轉動元件轉動時，該至少一光纖的該自由端之一端面的法線方向維持與該扭矩繩的軸心實質上平行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖掃描探頭，其中該轉動元件更包含一基座以及一套筒，該扭矩繩套設在該套筒中，該基座設置於該套筒的一外表面，且該至少一光纖設置於該基座。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光纖掃描探頭，更包含一探頭套管與一座體，其中該轉動元件與該至少一光纖皆設置於該探頭套管內，該基座透過一彈性件設置於該套筒，該座體設置於該套筒的該外表面，該座體具有一樞轉件，該樞轉件可轉動地設置於該座體，該基座具有一齒條，該樞轉件與該探頭套管交互作用而使該齒條與該樞轉件分離或嚙合，進而調整該至少一光纖的軸心與該扭矩繩的軸心之間的距離。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光纖掃描探頭，其中該至少一光纖的數量為多個，且該些光纖各自的軸心與該轉動元件之該扭矩繩的軸心之間的距離不相同。
6. 如申請專利範圍第3項所述之光纖掃描探頭，其中該轉動元件更包含一固定座，該扭矩繩與該至少一光纖穿過該固定座，且該固定座與該基座相間隔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光纖掃描探頭，其中，該固定座具有一穿槽，該至少一光纖經由該穿槽穿過該固定座，且該穿槽的口徑大於該至少一光纖的直徑。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光纖掃描探頭，更包含一探頭套管，其中該轉動元件與該至少一光纖皆設置於該探頭套管內。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光纖掃描探頭，更包含設置於該探頭套管外部的一驅動源，且該轉動元件的該扭矩繩連接於該驅動源。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光纖掃描探頭，其中該轉動元件更包含一轉體，該扭矩繩與該至少一光纖設置於該轉體，且該至少一光纖的軸心與該扭矩繩的軸心間隔一距離。
11. 一種內視鏡，包含：一外殼；一感光元件；以及如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之光纖掃描探頭； 其中，該感光元件與該光纖掃描探頭設置於該外殼內，且該光纖掃描探頭的軸向延伸方向與該感光元件的軸向延伸方向實質上平行。

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