(57)【要約】  可撓管と、可撓管内に軸中心に回転自在に支持された物体光伝送用の光ファイバと、光ファイバの先端に固着された物体光学系であって、該光ファイバからの物体光を集光する集光光学系、及び該集光された物体光を偏向して被写体に照射する偏向光学素子を有する物体光学系と、物体光学系に固着され、該物体光学系との合成重心を光ファイバの軸上に位置させる重心調節部材とを有したＯＣＴプローブを提供する。
2012098999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓管と、
前記可撓管内に軸中心に回転自在に支持された物体光伝送用の光ファイバと、
前記光ファイバの先端に固着された物体光学系であって、該光ファイバからの物体光を集光する集光光学系、及び該集光された物体光を偏向して被写体に照射する偏向光学素子を有する物体光学系と、
前記物体光学系に固着され、該物体光学系との合成重心を前記光ファイバの軸上に位置させる重心調節部材と、
を有することを特徴とするＯＣＴプローブ。
【請求項２】
前記集光光学系、前記偏向光学素子、及び前記重心調節部材は、同一の材料又は比重がほぼ同じ材料で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＯＣＴプローブ。
【請求項３】
前記偏向光学素子は、
円柱の少なくとも一端を軸線方向と所定角度をなす面で切断した形状を有し、該切断面を反射面加工した偏向プリズムであり、
前記重心調節部材は、
前記偏向プリズムとほぼ同径の円柱をベース形状とし、
先端が半球形状を有し、
軸線方向と前記所定角度をなす面で切断された形状の基端面を有し、
互いに同軸になるように前記基端面が前記反射面の裏面に接着固定されていることを特徴する、請求項１又は請求項２に記載のＯＣＴプローブ。
【請求項４】
前記光ファイバの外周面の少なくとも一部が、フッ素樹脂コートによって被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＯＣＴプローブ。
【請求項５】
前記フッ素樹脂コートは、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）コート、又はＰＩ（Polyimide）コートとＰＦＡ（Polyfluoroalkoxy）コートとを重ねた多層コートであることを特徴とする請求項４に記載のＯＣＴプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管腔表層付近の断層像を撮影するためのＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
消化器や気管支等の管腔表層付近の微細構造を精細に観察するための観察システムとして、ＯＣＴシステムが実用化されつつある。この種のＯＣＴシステムの具体的構成例は、例えば、日本特許公報ＪＰ３６２８０２６Ｂ（以下、「特許文献１」という。）や日本特許公報ＪＰ４０２１９７５Ｂ（以下、「特許文献２」という。）に記載されている。【０００３】
ＯＣＴシステムは、管腔に挿入するＯＣＴプローブを有している。特許文献１又は２に記載のＯＣＴプローブは、光源から射出された低コヒーレンス光を光ファイバで伝送して被写体に照射する。低コヒーレンス光は、光ファイバの軸周りの回転に伴い被写体を周方向に走査する。ＯＣＴシステムは、走査光が被写体のどの位置でどの程度反射し又は散乱したかを低コヒーレンス干渉法の原理に基づいて計測し、計測結果を用いて被写体の表層付近の画像データを演算し生成する。生成される表層付近の画像は、通常の電子スコープやファイバスコープによる観察像よりも高倍率かつ高解像度である。【０００４】
低コヒーレンス光を伝送する光ファイバは、長尺であるうえ、挿入した管腔の形状に沿って屈曲するため、シース内で撓んだり捻れたりする。そのため、光ファイバの基端側に連結された回転駆動機構が生み出す回転トルクは、光ファイバの先端に円滑には伝達されない。回転トルクの伝達が円滑でないとき、光ファイバの先端に取り付けられた偏向プリズムの回転速度がばらつき、走査速度が不規則になる。そのため、生成される断層像の精度が低下する。そこで、特許文献１又は２に記載のＯＣＴプローブは、光ファイバ周りにトルクワイヤ（トルクケーブル、フレキシブルシャフト）を配置して、基端側の回転トルクを先端側に安定して伝達するように構成されている。
【発明の概要】
【０００５】
低コヒーレンス光を伝送する光ファイバは、基端側が回転駆動機構に連結しほぼ軸上で支持されている。しかし、光ファイバの先端側は何にも支持されていない。光ファイバは、シース内で長尺の片持ち梁の状態で支持されている。そのため、光ファイバは、回転駆動機構を駆動して回転させたとき、先端部がシース内で首振り運動する。また、光ファイバの先端には、偏向プリズム等の光学部品が固着されている。この光学部品の重みが先端部の首振り運動を増幅させる問題も指摘される。光ファイバが首振り運動すると偏向プリズムの位置が変動するため、焦点位置が安定せず波打つ等して精細な断層像を取得できない不具合が生じる。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバの先端部の首振り運動を抑えるのに好適なＯＣＴプローブを提供することである。
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係るＯＣＴプローブは、可撓管と、可撓管内に軸中心に回転自在に支持された物体光伝送用の光ファイバと、光ファイバの先端に固着された物体光学系であって、該光ファイバからの物体光を集光する集光光学系、及び該集光された物体光を偏向して被写体に照射する偏向光学素子を有する物体光学系と、物体光学系に固着された重心調節部材とを有することを特徴としている。重心調節部材は、光ファイバの先端部の回転中心軸を安定させるため、物体光学系との合成重心を光ファイバの軸上に位置させるように構成されている。
【０００８】
光ファイバの先端部を軸周りに安定して回転させることにより、物体光学系の位置も同軸上で安定するため、焦点位置が安定し、精細な断層像の取得に有利である。
【０００９】
集光光学系、偏向光学素子、及び重心調節部材は、例えば同一の材料又は比重がほぼ同じ材料で構成されている。
【００１０】
偏向光学素子は、円柱の少なくとも一端を軸線方向と所定角度をなす面で切断した形状を有し、該切断面を反射面加工した偏向プリズムとしてもよい。重心調節部材は、偏向プリズムとほぼ同径の円柱をベース形状とし、先端が半球形状を有し、軸線方向と所定角度をなす面で切断された形状の基端面を有した構成としてもよい。偏向プリズムと重心調節部材は、例えば互いに同軸になるように重心調節部材の基端面が偏向プリズムの反射面の裏面に接着固定されている。かかる構成により、形輪郭上エッジが現れないため、回転動作中に流体抵抗が大きい箇所が無く、キャビテーションの発生が有効に抑えられる。
【００１１】
光ファイバの外周面の少なくとも一部が、フッ素樹脂コートによって被覆されていることが好ましい。また、この場合、フッ素樹脂コートは、ＰＴＦ（Polytetrafluoroethylene）コート、又はＰＩ（Polyimide）コートとＰＦＡ（Polyfluoroalkoxy）コートとを重ねた多層コートであることが好ましい。かかる構成によれば、光ファイバは、可撓管との摩擦抵抗が低減するため、回転動作中に可撓管の内周面と接触してもトルク損失が少なく円滑に回転する。
【００１２】
本発明によれば、光ファイバの先端部の首振り運動を抑えるのに好適なＯＣＴプローブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のＯＣＴシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１のＯＣＴプローブの内部構造を示す内部構造図である。
【図３】本発明の実施例２のＯＣＴプローブの内部構造を示す内部構造図である。
【図４】本発明の実施例３のＯＣＴプローブの内部構造を示す内部構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態のＯＣＴシステムについて説明する。図１は、本実施形態のＯＣＴシステム１の概略構成を示すブロック図である。図１中、電気信号の経路は、二点鎖線で、光ファイバによる光路は、実線で、空気中又は生体組織内を進む光の光路は、破線で、それぞれ示される。以降の説明においては、ＯＣＴシステム１の光路中、光源に近づく方向を基端側と定義し、遠ざかる方向を先端側と定義する。
【００１５】
図１に示されるように、ＯＣＴシステム１は、消化器や気管支等である管腔Ｔの表層付近の像を取得するためのＯＣＴプローブ１０を有している。ＯＣＴプローブ１０は、プローブスキャニングデバイス３０を介してシステム本体部２０と接続されている。具体的には、プローブスキャニングデバイス３０は、ＯＣＴプローブ１０が有する光ファイバ１１の基端と、システム本体部２０のファイバ干渉計２１からシステム本体部２０の外部に延びるプローブ用光ファイバ２２の先端とを光学的に接続している。図１においては、図面を簡略化する便宜上、ＯＣＴプローブ１０の構成を、ＯＣＴ観察系の原理の説明に必要な最小限の図示に留めている。また、説明の便宜上、ＯＣＴプローブ１０の中心軸（設計上、光ファイバ１１の回転中心軸と一致する軸）を「基準軸ＡＸ」と記す。
【００１６】
システム本体部２０は、ファイバ干渉計２１、プローブ用光ファイバ２２に加えて、低コヒーレンス光源２３、信号処理回路２４、供給用光ファイバ２５、参照用光ファイバ２６、レンズ２７、ダハミラー２８、コントローラ２９を有している。コントローラ２９は、低コヒーレンス光源２３の発光制御、信号処理回路２４の制御、ダハミラー２８、プローブスキャニングデバイス３０の各種モータの駆動など、ＯＣＴシステム１の各種制御を統括的に行う。
【００１７】
低コヒーレンス光源２３は、低コヒーレント光を射出可能な光源であり、具体的には、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）である。低コヒーレンス光源２３から射出された低コヒーレンス光は、供給用光ファイバ２５の基端に入射する。供給用光ファイバ２５は、入射した低コヒーレンス光をファイバ干渉計２１に伝送する。ファイバ干渉計２１は、供給用光ファイバ２５からの低コヒーレンス光を光カプラ等によって２つの光路に分離する。分離された一方は、物体光としてプローブ用光ファイバ２２を伝送する。もう一方は、参照光として参照用光ファイバ２６を伝送する。
【００１８】
プローブスキャニングデバイス３０は、プローブ用光ファイバ２２の先端と光ファイバ１１の基端とを結合するロータリージョイント３１を有している。ロータリージョイント３１には、図示省略された伝達機構を介してラジアルスキャン用モータ３２が連結している。ロータリージョイント３１は、ラジアルスキャン用モータ３２の駆動に伴い、光ファイバ１１をプローブ用光ファイバ２２に対して基準軸ＡＸ周りに回転させる。
【００１９】
プローブ用光ファイバ２２を伝送した物体光は、ロータリージョイント３１を介して光ファイバ１１の基端に入射する。光ファイバ１１の先端は、フェルール１２によりＧＲＩＮレンズ１３と光学的かつ機械的に接続している。物体光は、光ファイバ１１を伝送してＧＲＩＮレンズ１３に入射する。ＧＲＩＮレンズ１３の先端面には、偏向プリズム１４が接着等によって固定されている。光ファイバ１１、フェルール１２、ＧＲＩＮレンズ１３、偏向プリズム１４の各構成要素は、ほぼ円柱形状を有しており、ＯＣＴプローブ１０の外観をなすアウターシース１５に収容されている。より正確には、偏向プリズム１４は、円柱の一端を軸線方向と角度をなす面で切断した形状を有している。切断面はアルミコートされ、反射面となっている。アウターシース１５は、ＯＣＴプローブ１０を管腔内に挿入するため、可撓性を有する材料で構成されている。
【００２０】
物体光は、ＧＲＩＮレンズ１３により集光されながら偏向プリズム１４の反射面と基準軸ＡＸとが交差する点でほぼ９０°屈曲する。屈曲した物体光は、アウターシース１５を透過して管腔Ｔの側壁に向けて射出される。少なくとも偏向プリズム１４の周囲には、屈折率差に起因する光量損失を抑えるため、シリコンオイルが充填されている。
【００２１】
偏向プリズム１４は、光ファイバ１１と相対的に固定されている。ラジアルスキャン用モータ３２の駆動に伴って光ファイバ１１から偏向プリズム１４までの構成全体が基準軸ＡＸ周りを回転すると、物体光が管腔Ｔを周方向に走査する。
【００２２】
低コヒーレンス光には、可視光よりも生体内に進達する特性を持つ近赤外光が使用される。物体光は、管腔Ｔの表層付近に進達して集光位置近傍で強く反射し又は散乱して、その一部が偏向プリズム１４を介してＧＲＩＮレンズ１３に入射する。ＧＲＩＮレンズ１３に入射した戻り光は、光ファイバ１１、ロータリージョイント３１、プローブ用光ファイバ２２を介してファイバ干渉計２１に戻る。
【００２３】
参照光は、参照用光ファイバ２６を伝送して参照用光ファイバ２６の先端から射出してレンズ２７に入射する。レンズ２７は、参照光を平行光に変換して射出する。ダハミラー２８は、レンズ２７から射出された平行光を折り返してレンズ２７に再度入射させる。ダハミラー２８は、参照光の光路長を可変するため、図示省略された駆動機構によって、光軸方向（図１中矢印方向）に移動自在に支持されている。レンズ２７に戻された参照光は、参照用光ファイバ２６を介してファイバ干渉計２１に戻る。
【００２４】
ファイバ干渉計２１では、低コヒーレンス干渉計の原理を利用した干渉信号の計測が行われる。具体的には、ファイバ干渉計２１では、プローブ用光ファイバ２２から戻された物体光と、参照用光ファイバ２６から戻された参照光のうち、互いの光路長が一致する場合のみ干渉信号が得られる。また、干渉信号の強度は、ダハミラー２８の位置（参照光の光路長）に対応する管腔Ｔの特定の位置（物体光の光路長）で起こった物体光の反射や散乱の程度に応じて決まり、集光位置近傍の光路長では特に強い。
【００２５】
ファイバ干渉計２１は、物体光と参照光との干渉パターンに対応する干渉信号を信号処理回路２４に出力する。信号処理回路２４は、入力した干渉信号に所定の処理を施して、干渉信号に対応する走査位置に応じた画素アドレスの割当てを行う。管腔Ｔの周方向の走査位置は、ラジアルスキャン用モータ３２の駆動量により特定され、管腔Ｔの深さ方向の走査位置は、ダハミラー２８用の駆動モータ（不図示）の駆動量により特定される。
【００２６】
信号処理回路２４は、割り当てた画素アドレスに従って、各干渉信号が表現する点像の空間的配列によって構成される画像の信号を、図示省略されたフレームメモリにフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングでフレームメモリから掃き出されて、表示装置４０が有する情報処理端末４１に出力される。情報処理端末４１は、入力した信号に所定の処理を施して映像信号に変換し、管腔Ｔの表層付近の画像をモニタ４２に表示させる。
【００２７】
次に、ＯＣＴプローブ１０の具体的構成例を３例説明する。本実施例１〜３においては、光ファイバ１１の基端側で発生させた回転トルクを光ファイバ１１の先端側まで円滑に伝達させるため、光ファイバ１１とアウターシース１５との摩擦抵抗を軽減する具体的構成例を提案している。本実施例１〜３によれば、従来の構成のような高価なトルクワイヤを用いずとも回転トルクの伝達性が改善されるため、偏向プリズム１４の回転周期が安定して走査速度のばらつきが抑えられる。本実施例３においては、更に、光ファイバ１１の先端部のアウターシース１５内での首振り運動を抑えて焦点位置を安定させるため、アウターシース１５の内蔵部品の重量バランスを適切に設定した具体的構成例を提案している。
【実施例１】
【００２８】
図２は、本発明の実施例１のＯＣＴプローブ１０の内部構造を示す内部構造図である。本実施例１の光ファイバ１１の先端近傍を被膜するＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）インナーシース１０１の外周面には、ＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene）熱圧縮チューブ１０２が圧着されている。光ファイバ１１の先端面は、ＦＥＰ熱圧縮チューブ１０２の圧着後、熱硬化型接着剤１０３によりフェルール１２の基端面に接着されている。熱圧縮チューブ１０２の先端近傍からフェルール１２を介してＧＲＩＮレンズ１３の基端近傍までの外周面にはＦＥＰ熱圧縮チューブ１０４が圧着されており、各接着箇所が補強されている。【００２９】
本発明者は、光ファイバ１１の基端側で発生させた回転トルクが光ファイバ１１の先端側に円滑に伝達しない主原因を光ファイバ１１とアウターシース１５との摩擦抵抗と捉えている。本実施例１においては、具体的解決手段として、光ファイバ１１の全体を摩擦抵抗の低いＰＴＦＥインナーシース１０１で被膜して上記回転トルクの円滑な伝達に有利な構成とした。ＰＴＦＥインナーシース１０１は、アウターシース１５との摩擦抵抗が低減するため、回転動作中にアウターシース１５の内周面と接触してもトルク損失が少なく円滑に回転する。ＰＴＦＥインナーシース１０１には低摩擦性の他、耐摩耗性、耐薬品性等の特長もあり、ＯＣＴプローブ１０の構成要素として好適である。
【実施例２】
【００３０】
図３は、本発明の実施例２のＯＣＴプローブ１０の内部構造を示す内部構造図である。以降に説明する各実施例において、本実施例１と同一の又は同様の構成には同一の又は同様の符号を付して説明を簡略又は省略する。【００３１】
本実施例１で例示したＰＴＦＥをはじめとするフッ素樹脂のコーティング面は摩擦係数が低いため、摩擦抵抗が殆どかからない。本実施例２においてはＰＴＦＥに代わり、光ファイバ１１の先端から基端に至る外周面の全てをＰＩコート１１１で一次被膜後、ＰＦＡコート１１２で二次被膜している。本実施例２においては、光ファイバ１１と被膜層との間にクリアランスがないため、ラジアルスキャン用モータ３２の回転トルクが光ファイバ１１の先端側までより一層円滑かつ効率的に伝達する。なお、本実施例２においては、ＰＦＡコート１１２被膜後の光ファイバ１１とフェルール１２は、熱硬化型接着剤１０３だけで充分に接着固定される。そのため、本実施例２においては、ＦＥＰ熱圧縮チューブ１０２を構成要素から省くと共に、ＦＥＰ熱圧縮チューブ１０４の圧着範囲をＧＲＩＮレンズ１３とフェルール１２だけに制限している。
【実施例３】
【００３２】
本発明者は、光ファイバ１１の先端部がアウターシース１５内で首振り運動する主原因を光ファイバ１１の先端に固着した部品の重心と光ファイバ１１の回転中心軸（基準軸ＡＸ）とのずれと捉えている。本実施例２において、アウターシース１５に収容されている構成要素中、ＧＲＩＮレンズ１３及び偏向プリズム１４以外は重心が光ファイバ１１の回転中心軸（基準軸ＡＸ）と一致する。言い換えると、ＧＲＩＮレンズ１３及び偏向プリズム１４は、重心が基準軸ＡＸに対してずれている。そこで、本実施例３においては、本実施例２に示される構成に対して重心調節部材１２１を追加した。【００３３】
図４は、本発明の実施例３のＯＣＴプローブ１０の内部構造を示す内部構造図である。図４に示されるように、本実施例３のＯＣＴプローブ１０は、偏向プリズム１４の反射面（低コヒーレンス光が入射する面）の裏面に重心調節部材１２１が接着固定されている以外、本実施例２のＯＣＴプローブ１０と同一の構成を有している。【００３４】
ＧＲＩＮレンズ１３、偏向プリズム１４、及び重心調節部材１２１の３部品は、同一の材料又は比重がほぼ同じ材料で構成されている。上記３部品は、合成重心が基準軸ＡＸ上に位置する。光ファイバ１１の先端に固着した全部品（フェルール１２、ＧＲＩＮレンズ１３、偏向プリズム１４、重心調節部材１２１、ＦＥＰ熱圧縮チューブ１０４）の合成重心が光ファイバ１１の回転中心軸上に位置するため、光ファイバ１１の先端部がほぼ基準軸ＡＸ上で安定して回転する。偏向プリズム１４の位置も基準軸ＡＸ上で安定するため、焦点位置が安定する。このため、光ファイバ１１の先端部が首振り運動を起こす際に生じる焦点位置が波打つ等の不具合が効果的に抑えられ、精細な断層像を取得できる。【００３５】
重心調節部材１２１は、ＧＲＩＮレンズ１３及び偏向プリズム１４との合成重心を基準軸ＡＸ上に位置させると共にアウターシース１５内での回転運動を阻害しない形状であれば、体積、材料、比重等に関する制限は特にない。【００３６】
シリコンオイルのような粘性の高い流体内で部材を高速回転させると、キャビテーションによる壊食現象が懸念される。そこで、重心調節部材１２１は、ＧＲＩＮレンズ１３や偏向プリズム１４とほぼ同径の円柱をベース形状とし、基端が軸線方向と角度をなす面で切断した形状を有している。軸線方向に対する切断面の角度は、偏向プリズム１４と重心調節部材１２１で同じである。そして、偏向プリズム１４と重心調節部材１２１は、同軸になるように接着されている。そのため、両部材のエッジ（偏向プリズム１４の反射面のエッジと重心調節部材１２１の基端面のエッジ）が外形輪郭に現れない。更に、重心調節部材１２１の先端は半球状に形成されている。すなわち、外形輪郭上エッジが現れないため、回転動作中に流体抵抗が大きい箇所が無く、キャビテーションの発生が有効に抑えられる。【００３７】
重心調節部材１２１は、偏向プリズム１４に接着されることにより、偏向プリズム１４の反射面を保護する機能も兼ねている。【００３８】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば本発明は、ＴＤ−ＯＣＴ（Time Domain OCT）方式のＯＣＴシステムに限らず、ＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）方式、ＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT）方式等のＦＤ−ＯＣＴ（Fourier Domain OCT）方式のＯＣＴシステムにも適用することができる。
【図１】
2012098999.tif 000003
【図２】
2012098999.tif 000004
【図３】
2012098999.tif 000005
【図４】
2012098999.tif 000006
【国際調査報告】
2012098999.tif 000007
2012098999.tif 000008
2012098999.tif 000009
2012098999.tif 000010