JP2009077843A - 光走査プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】プローブの細径化が可能であり、さらに、部品点数削減および組立工数削減によるコストダウンが可能であり、かつ、回転動力の伝達特性に優れる光走査プローブを提供する。
【解決手段】先端が封じられた長尺な外筒と、外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された光ファイバモジュールと、光ファイバモジュールの先端に固定され、光ファイバモジュールの回転に伴って回転する光走査部材とを有し、光ファイバモジュールが、光ファイバと、光ファイバに巻き付く金属線外皮と、金属線外皮の上から光ファイバを覆う樹脂外皮とを有することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体内に挿入して測定対象に光を走査する光走査プローブに関する。

生体組織等の測定対象を切断せずに断層画像を取得する方法として、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測を利用する方法がある。このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、光源から射出された光を測定光と参照光との２つに分け、測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。

このＯＣＴ計測を用いて断層画像を得る光断層画像化装置では、被検体に挿入して測定対象に測定光を走査するための光走査プローブが用いられる。この光走査プローブとして、特許文献１には、挿入部材の内部に、光ファイバを内蔵するフレキシブルシャフトを挿通させ、フレキシブルシャフトの先端部分を軸受けで回転自在に支持し、さらに、フレキシブルシャフトの先端に４５度の傾斜角を有するミラーおよびミラーからの反射光を配光するレンズを設けたものが記載されている。このプローブは、フレキシブルシャフトの基端側がギアを介してモータに接続されており、モータの回転によって、フレキシブルシャフトとミラーおよびレンズとが同時に回転する構成となっている。また、光ファイバをフレキシブルシャフトに固定し、光ファイバとフレキシブルシャフトとを同時に回転させるようにしてもよいとしている。

特許文献２には、プローブ外筒の内部に、その外筒の軸方向に延びる状態に配設された支持部材と、支持部材と並んで配設され、支持部材に固定された光ファイバと、支持部材に固定され、光ファイバの先端から出射した光を外筒の周方向に偏向させるプリズムミラー（光偏向素子）とを備え、支持部材と光ファイバおよびプリズムミラーとを共に回転させる光走査プローブが記載されている。

また、特許文献３には、単一モード・ファイバが紫外線硬化光接着剤によってＧＲＩＮレンズに接着され、ＧＲＩＮレンズがディレクタ・プリズムにＵＶ接着され、光ファイバの外部に、ＧＲＩＮレンズの端部近くに接続される回転可能トルクケーブルが設けられた画像プローブが記載されている。

特許第３１０４９８４号公報 特開２００７−９７７１３号公報 特表２００５−５３３６１０号公報

ＯＣＴ計測を用いた光断層画像化装置において、光走査プローブの先端を回転走査させるための駆動力伝達手段としては、特許文献１にも記載されているように、フレキシブルシャフトを用いる方式が一般的である。しかし、フレキシブルシャフトを用いる方式は、プローブの細径化が難しく、部品点数も多いなどのデメリットがある。
また、特許文献２や特許文献３に記載された技術では、回転駆動力の伝達手段として、フレキシブルシャフトに代えて他の支持部材やトルクケーブルが用いられているが、この支持部材やトルクケーブルは、光ファイバの外側に光ファイバとは別部材として設けられており、細径化に限界があるという点でも部品点数が多いという点でも、フレキシブルシャフトの場合と同様である。

フレキシブルシャフトやトルクケーブルのような回転駆動力伝達部材を別途設けずに、光ファイバによって駆動力を伝達することができれば、プローブの細径化や部品点数削減によるコストダウンが可能だが、通常の光ファイバは、駆動力伝達のための十分な強度を持っているとは限らず、回転応力によって光ファイバが断線するおそれもある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、プローブの細径化が可能であり、さらに、部品点数削減および組立工数削減によるコストダウンが可能であり、かつ、回転動力の伝達特性に優れる光走査プローブを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被検体内に挿入されて測定対象を光走査する光走査プローブであって、
先端が封じられた長尺な外筒と、
前記外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された光ファイバモジュールと、
前記光ファイバモジュールの先端に固定され、前記光ファイバモジュールの回転に伴って回転する光走査部材とを有し、
前記光ファイバモジュールは、光ファイバと、前記光ファイバに巻き付く金属線外皮と、前記金属線外皮の上から前記光ファイバを覆う樹脂外皮とを有することを特徴とする光走査プローブを提供する。

ここで、前記金属線外皮は、前記光ファイバに密着しているのが好ましい。
また、前記金属線外皮は、螺旋状、２方向の螺旋の組合せ、および網目状のいずれかであるのが好ましい。
また、前記光走査部は、前記光ファイバによって伝達された光を回転軸と直交する方向に反射させるとともに測定対象へ集光する半球レンズを有するのが好ましい。

本発明によれば、光ファイバに巻き付く金属線外皮を設け、その上に樹脂外皮を被せて一体化させたことにより、フレキシブルシャフトやトルクケーブルのような回転駆動力の伝達部材（トルク伝達部材）を光ファイバとは別に設けて組み立てるものよりも、細径化することができ、さらに、部品点数削減、組立工数削減、組立工程の簡略化などによるコストダウン効果を得ることができる。また、上記構成により、光断層画像を得るために要求される回転駆動力の伝達特性、すなわち回転駆動における追随性、および、耐久性を満たし、ファイバが断線しない十分な強度を得ることができる。

本発明に係る光走査プローブを、添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の光走査プローブを用いる光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す光断層画像化装置１０は、光源ユニット１２と、光の分岐／合波部１４と、光走査プローブ１６と、光路長調整部１８と、干渉光検出部２０と、画像処理部２２と、画像出力部２４とを有している。光断層画像化装置１０の光走査プローブ１６以外の部分は、１または複数の処理装置に搭載されている。

光断層画像化装置１０において、分岐／合波部１４は、光源ユニット１２から発せられた光を測定光と参照光に分岐し、測定光を光走査プローブ１６へ送るとともに、参照光を光路長調整部１８へ送る。
光走査プローブ１６は、その先端部分から測定対称Ｓに向けて測定光を走査し、測定対象Ｓからの測定光の反射光を受け取って、分岐／合波部１４へ送る。
光路長調整部１８は、測定対象Ｓの測定したい深度に応じて、測定光および測定対象Ｓからの反射光と光路長が同一になるように光路長を調整し、分岐／合波部１４で分岐された参照光を、調整した光路長に導いて、再び分岐／合波部１４へ送る。

分岐／合波部１４は、また、光走査プローブ１６から送られてきた測定対象Ｓからの反射光と、光路長調整部１８から送られてきた光路長が調整された参照光とを合波して干渉光を生成し、生成した干渉光を干渉光検出部２０へ送る。
干渉光検出部２０は、分岐／合波部１４から送られた干渉光を干渉信号として検出し、画像処理部２２は、その干渉信号を処理して光断層画像の画像データを生成し、画像出力部２４で光断層画像を可視的に、すなわちディスプレイへの表示や記録媒体への記録等により出力する。

図２は、光走査プローブ１６の構成を示す部分断面図である。図２において、紙面左側が被検体に挿入される先端側であり、紙面右側が装置本体に接続される基端側である。
光走査プローブ１６は、円筒状のシース（外筒）２６と、シース２６の先端を塞ぐキャップ２８と、コアおよびクラッドから成る光ファイバ３０と、光ファイバ３０を保持する第１フェルール３８と、光走査部材である半球レンズ４４と、半球レンズ４４を保持する第２フェルール４６と、第１フェルール３８および第２フェルール４６を保持するスリーブ３６とを有している。また、キャップ２８のシース２６に嵌合する部分とシース２６の内周との間には、Ｏリング等のシール材４８が設けられている。

光ファイバ３０は、光走査プローブ１６の基端から先端近傍にわたってシース２６内に挿入されており、その先端は、第１フェルール３８に保持されている。第１フェルール３８の基端側端面（図２において右側端面）と、光ファイバ３０ならびに後述する金属外皮３２および樹脂外皮３４との接部は、接着剤４２により補強されている。第１フェルール３８と光ファイバ３０との補強用の接着剤４２は、熱硬化性エポキシ接着剤等のエポキシ樹脂系接着剤を用いるのが望ましい。

第２フェルール４６は、光走査部材である半球レンズ４４を保持している。スリーブ３６は、光ファイバ３０を保持する第１フェルール３８と、半球レンズ４４を保持する第２フェルール４６とを突合せた状態で保持することにより、光ファイバ３０と半球レンズ４４とを接触させて接続させる。

スリーブ３６は、シース２６の内部に配置されるものであり、直接生体に接触するものではないが、光走査プローブ１６が体内に挿入されるものであることを考慮して、生体適合性の材料とするのが好ましい。本実施形態においては、スリーブ３６は、生体適合性のある金属であり、強度、汎用性の観点から、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６が好適に用いられる。また、スリーブ３６は、シース２６の内部でのスムーズな回転が可能なように、外面がシース２６の内面との摩擦係数が小さく設定されるか、スリーブ３６とシース２６との間に潤滑剤が付与されるのが好ましい。また、シース２６内を流動パラフィン等の潤滑剤で満たしてもよい。

半球レンズ４４は、光ファイバ３０によって伝達された測定光を４５度の斜面で反射させ、湾曲面で集光させて、光ファイバ３０の光軸に直交する方向にある測定対象Ｓに向けて照射する。図２の状態では、右から入った測定光が、半球レンズ４４で反射され集光されて下方へ照射される。半球レンズ４４が軸回転することにより、半球レンズ４４から発された測定光が光走査プローブ１６の先端から周方向に回転しながら出射され、測定対象Ｓが走査される。また、半球レンズ４４は、測定対象Ｓからの測定光の反射光を受けて、光ファイバ３０へ送る。

光ファイバ３０の基端は、分岐／合波部１４を介して光源１２に接続されている（図１参照。）。また、光ファイバ３０は、第１フェルール３８に保持されている部分以外は、金属線により構成された金属外皮３２で覆われており、その上から樹脂外皮３４で覆われている。これにより、光ファイバ３０、金属外皮３２および樹脂外皮３４は、一体化されて、光ファイバモジュール４０を構成している。

光ファイバモジュール４０の基端部は、継手５０によって、ギア５２が固定された回転軸に接続されており、ギア５２がモータ５６に接続されたギア５４と噛み合っている。モータ５６が回転すると、その回転駆動力は、ギア５４、ギア５２、光ファイバモジュール４０の順に伝達される。光ファイバモジュール４０は、第１フェルール３８に保持されており、さらに、第１フェルール３８の基端側端面で接着剤４２により接着されているので、光ファイバモジュール４０に伝達された回転駆動力によって、第１フェルール３８、第２フェルール４６、半球レンズ４４、およびスリーブ３６の光走査ユニットが回転する。

次に、本発明の特徴とする部分である光ファイバモジュール４０の構成について詳述する。図３（ａ）および（ｂ）は、光ファイバモジュール４０の構成を示す模式的斜視図である。図３（ａ）に示すように、光ファイバ３０の外側には、光ファイバ３０を覆う金属外皮３２（金属線外皮）が設けられる。そして、その上に、図３（ｂ）に示すように、樹脂外皮３４が設けられる。

このように、連続した線状部材を光ファイバ３０に巻き付かせ、かつ、その周囲を樹脂外皮３４で固めて光ファイバ３０の径方向における金属外皮３２の変化を抑制することで、光ファイバモジュール４０による回転駆動力の伝達特性を向上させることができる。金属外皮３２は、伝達すべき回転駆動力の回転方向において、螺旋の径が小さくなる方向に巻き付けると、伝達特性向上の効果が特に大きくなる。また、金属外皮３２は、光ファイバ３０に密着させる方が、伝達特性を向上させられる。

金属外皮３２は、樹脂外皮３４に覆われてシース２６の内部に配置されるものであり、直接生体に接触するものではないが、光走査プローブ１６が体内に挿入されるものであることを考慮して、生体適合性の材料とするのが好ましい。本実施形態においては、金属外皮３２を構成する金属の材質は、生体適合性、強度、コスト、汎用性の観点から、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６が好適に用いられる。また、金属外皮３２は、金属以外にも、ガラスファイバや、カーボン繊維等で構成してもよい。

金属外皮３２は、例えば、図４に示すように、２本の金属線を、異なる方向の螺旋状に光ファイバ３０に巻き付けて形成することができる。このように、両方向に螺旋を巻くことで、両方向の回転に対して、高い伝達性能を得ることができる。また、この構成では、回転剛性を向上させつつ、曲げ剛性を低く保つことができる。金属線は、できるだけ、光ファイバ３０に密着させることが好ましい。また、図４は、説明を分り易くするために、２本の金属線を大きなピッチで巻き付けた様子を示しているが、金属外皮３２の金属線の螺旋のピッチは、光ファイバモジュール４０に必要な曲げ半径を得られる範囲で、できるだけ狭い方が好ましい。

また、図５に示すように、金属外皮３２は、１方向の螺旋につき１条線だけでなく、複数本束ねて巻き付けてもよい。また、金属外皮３２は、１方向の螺旋の上に他の方向の螺旋を巻く形態以外にも、図６に示すように、２本の金属線を編み込むようにして光ファイバ３０に巻き付けてもよい。

金属外皮３２の形状は、連続した金属線を光ファイバ３０に巻き付けた構成を有するものであればよく、上記以外の巻き付け方としてもよい。例えば、金属外皮３２は、網目の交点が接着された、予め網状に形成されたものであってもよい。また、１方向の回転駆動力の伝達性能のみが要求される場合には、金属外皮３２は１方向の螺旋状であってもよい。

樹脂外皮３４は、シリコンゴムやエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を外皮に塗布して、加熱釜で加熱し、硬化させ、定着させることで形成することができる。樹脂外皮３４は、金属外皮３２の隙間を埋めるように形成するのが好ましい。
樹脂外皮３４の材質は、金属外皮３２と同様に、生体適合性があるものが望ましく、特に、外面側（シース２６側）は、生体適合性があり、かつ、できるだけ滑り性の良いものが望ましい。例えば、フッ素樹脂コーティング等が好適である。

なお、樹脂外皮３４のみで回転駆動力の伝達における所望の強度が得られるならば、金属外皮３２を設けずに、光ファイバ３０と樹脂外皮３４で光ファイバモジュール４０を構成することも可能である。

このように、本発明の光走査プローブ１６は、光ファイバ３０に金属外皮３２を巻き付け、その上から樹脂外皮３４で覆って、これらをモジュール化し、この光ファイバモジュール４０によって回転駆動力を伝達するので、光ファイバ３０とは別にフレキシブルシャフト等の回転駆動力伝達手段（部材）を設ける必要が無い。そのため、光走査プローブ１６を細径化することができる。また、金属外皮３２を光ファイバ３０に巻き付けているので、伝達特性を向上させることができる。

さらに、光ファイバ３０と回転駆動力伝達部材をモジュール化して光ファイバモジュール４０としたことにより、光走査プローブ１６の部品点数が少なくなる。そのため、製造工程を簡略化することができる。さらに、光ファイバ３０と回転駆動力伝達部材という複数の部品をモジュール化することによって、故障率を低下させることができる。

なお、本発明の光ファイバモジュールの構成は、光走査プローブ以外にも、光ファイバを摺動部に組み込む必要がある場合に利用することができる。

以上、本発明の光走査プローブについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

本発明の光走査プローブを用いる光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の光走査プローブの構成を示す部分断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、光ファイバモジュールの構成を示す模式的斜視図である。 金属外皮の一例を示す模式的斜視図である。 金属外皮の他の例を示す模式的斜視図である。 金属外皮の他の例を示す模式的斜視図である。

符号の説明

１０ 光断層画像化装置
１２ 光源ユニット
１４ 分岐／合波部
１６ 光走査プローブ
１８ 光路長調整部
２０ 干渉光検出部
２２ 画像処理部
２４ 画像出力部
２６ シース
２８ キャップ
３０ 光ファイバ
３２ 金属外皮
３４ 樹脂外皮
３６ スリーブ
３８ 第１フェルール
４０ 光ファイバモジュール
４２ 接着剤
４４ 半球レンズ
４６ 第２フェルール
４８ シール材
５０ 継手
５２、５４ ギア
５６ モータ

Claims (4)

1. 被検体内に挿入されて測定対象を光走査する光走査プローブであって、
   先端が封じられた長尺な外筒と、
   前記外筒に挿入され、基端が回転駆動源に接続された光ファイバモジュールと、
   前記光ファイバモジュールの先端に固定され、前記光ファイバモジュールの回転に伴って回転する光走査部材とを有し、
   前記光ファイバモジュールは、光ファイバと、前記光ファイバに巻き付く金属線外皮と、前記金属線外皮の上から前記光ファイバを覆う樹脂外皮とを有することを特徴とする光走査プローブ。
2. 前記金属線外皮は、前記光ファイバに密着している請求項１に記載の光走査プローブ。
3. 前記金属線外皮は、螺旋状、２方向の螺旋の組合せ、および網目状のいずれかである請求項１または２に記載の光走査プローブ。
4. 前記光走査部は、前記光ファイバによって伝達された光を回転軸と直交する方向に反射させるとともに測定対象へ集光する半球レンズを有する請求項１〜３のいずれかに記載の光走査プローブ。

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