(57)【要約】  回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減すると共に、軸方向に一定長さの走査を行い３次元の観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを提供する。先端側に集光レンズを備える光ファイバーをチューブに内蔵する。そして集光レンズの先端側に光路変換手段を配置し、光路変換手段は集光レンズより後方側に設けたモータに連結されて回転する。このモータは中空回転軸を有しその穴には光ファイバーを挿通する。そして中空回転軸は、後方側に軸方向に伸びる中空の摺動軸部を一体的に有する。この摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを有し、直動アクチュエータがチューブの中の光ファイバーを押し引きすると同時に回転ミラーを軸方向に一体的にスライドさせることにより、集光レンズからの光線の放射方向を周方向及び軸方向に変位させて高画質な３次元の観察画像を得ることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーはチューブに内蔵されると共に、前記光ファイバーの先端側に集光レンズを備え、  前記集光レンズの先端側に光路変換手段を有し、  前記光路変換手段は前記集光レンズより後方側に設けたモータに連結されて回転し、  前記モータは中空回転軸を有し、該中空回転軸の穴には前記光ファイバーが挿通され、  前記モータは、後方側に軸方向に伸びる中空の摺動軸部を一体的に有し、  前記摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを有し、  前記摺動軸部の穴に前記光ファイバーを固定し、  前記直動アクチュエータの前記出力軸が前記チューブの中の光ファイバーを押し引きすると同時に、前記集光レンズと前記光路変換手段と前記モータと前記先端側近傍の光ファイバーとを軸方向に一体的にスライドさせると共に、前記モータが前記光路変換手段を回転し、前記集光レンズからの光線の放射方向を回転方向及び軸方向に変位させることを特徴とする光イメージング用プローブ。
【請求項２】
前記光ファイバーは、前記チューブの長さよりも前記直動アクチュエータの前記出力軸の軸方向変位量以上に長く、前記チューブ内に湾曲させて収納したことを特徴とする請求項１記載の光イメージング用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、医療機器等において被検体で反射させた光を立体的に取り込んで観察するための３次元走査型の光イメージング用プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  画像診断技術（光イメージング技術）は、装置機械、医療などの現場において広く利用されている技術である。例えば、医療現場や精密機器などの製造現場において、画像診断の手法として、一般的なカメラ観察や超音波診断装置に加えて、断層画像や３次元断層画像を撮影する事が可能なＸ線ＣＴ、核磁気共鳴、光の干渉性を利用したＯＣＴ画像(光干渉断層撮影)などの方式が研究されると共に活用されている。近年、この断層画像や３次元断層画像撮影は、これら方式の中で最も微細な撮影画像が得られるＯＣＴ画像診断技術の開発が注目されている。【０００３】  ＯＣＴ画像は、光源として波長１３００ｎｍ（ナノメートル）程度の近赤外線を用いる事が多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れている。加えて、およそ１０μｍ（ミクロンメータ）〔超音波診断装置の１０分の１以下〕の識別が可能となることから、この断層画像方式を内視鏡に組込み、特に医療現場で人体の胃部、小腸部、動脈流等の血管部における患部の発見、診断及び治療への活用が期待されている。このＯＣＴ画像技術を適用したＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。【０００４】  ところで、特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図８に示すようにモータの回転力を、ベルトを介して回転シャフトに伝達し、さらにチューブ状の光学シース内を通る光ファイバー等からなるフレキシブルシャフトを介してレンズユニットへ伝達するようにしている。そのため、光学シースの内周面とフレキシブルシャフトとの擦れにより摩耗粉が発生する事があった。また、フレキシブルシャフトの擦れ、撓み、ねじれ、及びベルトの弾性変形等に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるために、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。【０００５】  また、特許文献２に示すＯＣＴ内視鏡では、該文献中図１に示される環状のガイドカテーテルの内部に細長のチューブ状のカテーテルが挿入され、カテーテル内部には、回転および摺動可能で光学的に接続された光ファイバーまたはコアを有し、前記光ファイバーを回転駆動させると共に、文献中図３に示すように長さ方向に移動させて身体組織に照射を行い、解析画像を観察するＯＣＴの３次元画像システムである。しかしながらこの構成では、カテーテルの内周面と駆動軸外周面との擦れにより摩耗粉が発生する問題があった。また、駆動軸の擦れ、撓み、ねじれ、に起因して、回転速度ムラや、回転伝達遅れ、トルク損失の変動等を生じるため、得られる解析画像が乱れ、要求される空間分解能が得られなかった。【０００６】  また、特許文献３に記載されるＯＣＴ内視鏡では、該文献中図２に示されるモータの回転軸の先端に反射鏡を直結するようにしている。しかしながら、このＯＣＴ内視鏡では、モータの本体が、反射鏡よりも前方側に位置するため、モータ用の給電配線が光ファイバー側に向けて引きまわす必要があり、この給電配線が前記反射鏡の側部に位置せざるを得ないため、給電配線が反射鏡によって反射された光を遮ってしまう。その為、反射鏡が全周回転し全周走査を行う場合、その一部が影���なり３６０度全周の観察ができなかった。また、反射鏡よりも前方側にモータが突出するため、患部を走査する場合このモータ部が観察すべき被検体に当接してしまい、モータより後方に位置する前記反射鏡の光線が被検体に近赤外光線が届かず、内視鏡プローブ軸方向の撮像範囲が制限され、観察できない等の不具合を生じる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本特許第３８８５１１４号公報
【特許文献２】日本特許第４５２０９９３号公報
【特許文献３】日本特許第４４６１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減することで光線を回転放射する部分の回転ムラや軸振れ、擦れ、回転伝達遅れを防ぐとともに、軸方向に一定長さの走査が行なえて、３次元の観察画像を得ることができる光イメージング用プローブを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記課題を解決するための一手段は、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーは、前記先端側に集光レンズを備え、集光レンズの先端側に傾斜ミラー等からなる光路変換手段を有し、光路変換手段は前記集光レンズより後方側に設けたモータにより回転させられ光線は周方向に放射される。前記モータの回転軸は中空回転軸であると共に前記光路変換手段が一体的に設けられ、中空回転軸の穴には前記光ファイバーが挿通される。  前記モータは、軸方向に伸びる中空の摺動軸部を有し、摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを有し、光ファイバーと集光レンズと光路変換手段とモータと直動アクチュエータとはチューブの中に配置され、前記直動アクチュエータが前記チューブの中の光ファイバーを押し引きすると同時に集光レンズと光路変換手段とモータとを軸方向にスライドすることにより、集光レンズからの光線の放射方向を周方向及び軸方向に変えることにより３次元走査を行えるようにした。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、内視鏡装置等のチューブ内で光ファイバーは回転させず、光路変換手段が回転するので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。更に直動アクチュエータが軸方向に回転ミラーを一定範囲で軸方向に駆動する事により、光線を軸方向に一定範囲で長さ方向に放射できるため、ＯＣＴ内視鏡において空間分解能が高い３次元観察画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図
【図２】同光イメージング用プローブの直動アクチュエータ作動後の断面図
【図３】同光イメージング用プローブの光ファイバー説明図
【図４】同光イメージング用プローブの走査範囲説明図
【図５】同光イメージング用プローブのタイミングチャート
【図６】同光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル説明図
【図７】同光イメージング用プローブを用いた内視鏡画像装置構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】  本実施の形態の光イメージング用プローブの第一の特徴は、プローブの先端側と後方側との間で光を伝える光ファイバーはチューブに内蔵されると共に、光ファイバーの先端側に集光レンズを備え、集光レンズの先端側に傾斜角を有する回転ミラー等からなる光路変換手段を有する。そして光路変換手段は集光レンズより後方側に設けたモータに連結されて回転し光線を周方向に放射する。モータは中空回転軸を有しその穴には前記光ファイバーが挿通され、前記モータは、後方側に軸方向に伸びる中空の摺動軸部を一体的に有する。また、この摺動軸部を出力軸とする直動アクチュエータを有し、直動アクチュエータが前記チューブの中の光ファイバーを押し引きすると同時に、集光レンズと回転ミラーとモータと先端側近傍の光ファイバーとを軸方向に一体的にスライドさせることにより、集光レンズからの光線の放射方向を回転方向及び軸方向に変えることを可能にした。  この構成によれば、内視鏡装置等のチューブ内で光ファイバーは回転させず、回転ミラー等からなる光路変換手段が回転するので、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され高精度な走査により高空間分解能の３６０度全周への走査が可能である。更に直動アクチュエータが軸方向に回転ミラーを一定範囲で軸方向に駆動する事により、光線を軸方向に一定範囲で長さ方向に放射できるため、ＯＣＴ内視鏡において高い分解能の３次元全周観察画像を得ることができる。
【００１３】  第二の特徴としては、光ファイバーは、チューブの長さよりも直動アクチュエータの出力軸の軸方向変位量以上に長く、チューブ内に湾曲させ、長さに余裕を持たせて収納している。  この構成によれば、前記直動アクチュエータがチューブ内の光ファイバーを押し引きする動作がスムーズであり、軸方向の走査がより精度よく行える。
【００１４】  次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】  本実施形態の光イメージング用プローブの構成について、特に図１〜図３を用いて説明する。  図１及び図２は本発明の実施の形態に係る光イメージング用プローブの断面図である。プローブの先端側（透光部３の方向側）と後方側との間で光を伝える光ファイバー１はチューブ（カテーテル）６に内蔵されると共に、前記光ファイバー１の先端側に例えばボールレンズ等からなる集光レンズ２を備えている。【００１６】  集光レンズ２の先端側には傾斜角を有する回転ミラー等からなる光路変換手段１４（図３参照）を有し、電線１２から電圧が印加されることによりモータ１３により回転する。【００１７】  モータ１３は、チューブ６の内周面に固定された摺動ガイド５に支持された摺動モータケース７の内部に、モータコイル８が組込まれ、軸受９a、９bにより支えられた中空回転軸１１を有している。  中空回転軸１１には、ロータ磁石１０が固定されると共に、光路変換手段１４が一体的に取り付けられている。【００１８】  摺動モータケース７の後方側には摺動軸部7aが略中心軸上に設けられており、またこの摺動軸部７aは中空軸であり、この穴に前記光ファイバー１が貫通し接着固定されている。【００１９】  直動アクチュエータ２２は、チューブ６内に設けられたアクチュエータケース１５に前記摺動軸部７aを支える摺動軸受１６a、１６bが設けられ、摺動軸部７aの外周には略多角柱状の振動部材１７の中心穴に軽圧入され、振動部材の少なくとも外周面にパターン電極１９を有する圧電素子１８が貼り付けられている。【００２０】  電線２０からパターン電極１９に電圧が印加されると圧電素子１８が振動を始め、振動部材１７に波状の進行波を発生させ、これにより摺動軸部７aはモータ１３、光ファイバー１、集光レンズ２、光路変換手段１４を軸方向にＬｓミリメートル（例えば２〜１０ミリメートル）の範囲でスライドさせる。【００２１】  図１の図中の面Ｚにおいては、中心に非回転の光ファイバー１があり、その外側を回転する中空回転軸１１とロータ磁石１０があり、その外側に非回転のモータコイル８と摺動モータケース７があり、最も外側に回転も摺動もしない摺動ガイド５がチューブ内に固定されて構成されている。【００２２】図３において、前記チューブ６内に内蔵される前記光ファイバー１の長さは、前記チューブ６の長さより少なくともＬｓミリメートル以上長く、前記チューブ６内に湾曲させ、長さに余裕を持たせて収納している。そのため、図１において直動アクチュエータ２２が動作してモータ１３をチューブ６内において先端側に移動させる場合、光ファイバー１を押し引きする動作が十分小さい力で行え、スムーズに摺動できる。また光ファイバー１は、必要に応じて光ファイバー固定具４によって固定されている。【００２３】  次に上述した光イメージング用プローブについて、その特徴的な作用効果を図１〜図７を用いて詳細に説明する。【００２４】  図１において、電線１２に通電されると、モータコイル８は回転磁界を発生し、ロータ磁石１０に回転力を与え、中空回転軸１１は光路変換手段１４を例えば１８００ｒｐｍ〜１万ｒｐｍで回転する。【００２５】  図１及び図２において、光路変換手段１４は、その回転位置により１４a、そ���角度から１８０度回転した位置の光路変換手段を１４bに示している。【００２６】  図７の装置本体８５から発光された例えば近赤外光線は、光ファイバー１に導光され、集光レンズ２から前方に放出され、光路変換手段１４aにより略直角方向に放射角が変換され、光線２３aの方向に３６０全周に渡り放出される。光線は透光部３を通過し、人体の患部等の非検体に照射され、非検体からの反射光は、光線が導光された方向とは反対方向に、光路変換手段１４、集光レンズ２、光ファイバーを通って、図７の装置本体８５に戻っていく。これにより装置本体８５は３６０度全周の２次元の画像を取り込むことができる。【００２７】  図１において、電線２０を通してパターン電極１９に通電が行われると、圧電素子１８は進行波を発生し摺動軸部７aには先端側に向かって摺動する力が与えられ、摺動軸部７aはモータ１３、光路変換手段１４、光ファイバー１、ボールレンズ２を一体的に先端側に移動を始め、光線は図中２３bに方向に３６０全周に放射されると同時に、軸方向に摺動できるので、図７の本体８５では３次元の画像データの蓄積が行なわれる。【００２８】  図２において摺動軸部７aが図中Ｌｓの距離だけ移動すると、移動側センサー２４ｃが固定側センサー２４aに近接し、摺動動作の完了を示す信号を発生し、電線２０からパターン電極１９に印加される電圧は停止される。または印加方法が変化し、摺動軸部７aは逆方向に移動を始める。【００２９】  図４は光路変換手段１４から放射される光線の範囲を示しており、ｄ２は近赤外光線が透過する範囲を意味するが、約４〜２０ｍｍ（ミリメートル）の範囲である。ｄ１はチューブ６の外径を意味しており、その直径は約２ｍｍ（ミリメートル）である。図中Ｌｓは直動アクチュエータ２２の動作距離であるがおよそ２〜１０ｍｍ（ミリメートル）であり、図１及び図２の２３a、２３bの光線が透光部３により僅かに屈折し、θ１とθ２の角度に広がって放射されるため、軸方向には、図４のＬａに示す範囲でＯＣＴの３次元観察が行われる。【００３０】  図５は、本発明光イメージング用プローブのタイミングチャートを示している。上段の波形はモータ１３からの回転検出パルスであり、モータコイル８から発生する逆起電力を検出する等の方法でモータ１３の１回転毎に１回または数回のパルスを発生しており、モータ１３はこのパルスを用いて回転速度が制御され一定速度で回転している。  中段の波形は直動アクチュエータ２２に電圧を印加するＯＮ-ＯＦＦの信号を示しており、図７の装置本体８５の使用者が操作により、スタートパルスを発生すると同時に摺動動作を始める。  下段の波形は、図１〜図２における移動側センサー２４ｃと固定側センサー２４a、２４bの間の近接により発生される信号を示しており、例えば図２において、移動側センサー２４cと固定側センサー２４aが近接するとエンドシグナルを発生し、直動アクチュエータ２２は通電を停止したり、印加電圧を変化させ、摺動軸部７aは逆方向に移動を始めたりすることができる。【００３１】  図６は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いたガイドカテーテル８２の説明図である。ガイドカテーテル８２は人体の胃部や小腸内に挿入可能なようにその直径は約１０ミリメートル以下で、フッソ樹脂等の適度な強度と柔軟性を有するように作られている。【００３２】  また、その先端観察部８４にはＣＣＤカメラ部８３を有し、ガイドカテーテルの全長に渡り鉗子チャネル８１と称する穴が開けられ、本発明３次元走査型光イメージング用プローブのチューブ（カテーテル）６はこの鉗子チャネル内に挿入及び取外し自由に構成される。【００３３】  図７は、３次元走査型光イメージング用プローブを用いた内視鏡装置の構成図であり、チューブ６はガイドカテーテル８２と共にＯＣＴ内視鏡装置の本体８５に取り付けられる。本体にはモータ１３のドライバー回路８６、直動アクチュエータ２２のドライバー回路８７、光干渉解析部８８、画像解析コンピュータ８９が内蔵されモニター９０には、ＣＣＤカメラ８３の画像と、コンピュータ８９で解析して作られたＯＣＴ３次元画像が表示される。【００３４】  図１に示されるチューブ６の内部に貫通する光ファイバー１は、屈曲自在なグラスファイバーであり直径は０．２〜０．４ｍｍ（ミリメートル）程度のものを使っている。【００３５】  図１に示される光路変換手段１４は平滑な反射面を有するミラーかプリズムからなり、反射率を高めるため表面粗さと平面度は一般の光学部品と同等以上の精度に磨きあげられている。【００３６】  図１及び図２の透光部３の表面は、透明なプラスチックス又はガラス等で構成されるが、光線の透過率を高め、反射を防ぐために表面にコーティングを施している。また、屈折により図中θ１又はθ２の角度で光線の操作幅を広げるためには、透光部３の厚さは適宜厚さを変化させており、均一でない場合がある。【００３７】  図１に示される中空回転軸１１と中空の摺動軸部７aは、金属またはセラミックスからなり、溶融金属をダイスによる引き抜き加工か、または焼成前のセラミックスをダイスによる押し出し加工で中空に成形し、硬化処理後に研磨加工する方法等により仕上げ加工される。【００３８】  図１において、中空回転軸１１の穴は直径が０．２〜０．５ｍｍ（ミリメートル）あり、光ファイバー１の直径より十分大きくしているため、摺動軸部７aに固定された光ファイバー１が中空回転軸１１接触することはなく、仮に軽く接触しても摩耗粉が発生するほどではない。また、回転摩擦トルクが変動する問題もない。【００３９】  なお、図１の集光レンズ２はボールレンズが使われているが、円錐状の集光レンズを用いても同じである。【００４０】  図３において、チューブ６の後方から先端までの全長に渡る内部で光ファイバー１は、長いチューブ６の中で回転させないため擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減される。尚、モータ１３の回転ムラは一般に回転角度をパーセントで表示されるが、本方式では０．０１％の高性能が達成できている。一方、従来の光ファイバーが擦れる方式の内視鏡プローブでの回転ムラは、その約１００倍以上大きく、良好な性能が得られていなかった。【００４１】  本発明によれば、チューブ６の先端近傍に内蔵されたモータ１３と光路変換手段１４の回転速度ムラがなく、人体等の被検体から反射し先端側に入射した光を光路変換手段１４が高精度な走査を行い後方側の固定光ファイバー１へ導く事により、１０ミ���ロンメータの高い空間分解能が得られる。【００４２】  また、光路変換手段を回転させる事により３６０度全周の走査が行われるが、３６０度の走査範囲内に信号線や電線を設けない構成であるため、３６０度の鮮明なＯＣＴ画像を得ることができる。さらに直動アクチュエータ１５の摺動動作によりミラー等からなる光路変換手段１４が軸方向に移動し３次元の走査が行なわれる。【００４３】  ＯＣＴ３次元操作画像診断装置において最も重要な要求性能は３次元画像の空間分解能を高める事であるが、空間分解能を達成するための要因には、モータ１３の回転速度ムラ、中空回転軸１１の振れ精度、光路変換素子１４の精度、集光レンズ２の表面精度等がある。【００４４】  この中で影響度が大きいのはモータ１３の回転速度ムラであるが、先端部にモータ１３を内蔵し、光路変換素子１４を高精度で、かつ回転速度ムラなく回転させる本方式はたとえば１０μｍ（ミクロン）以下の高い３次元の空間分解能を安定して達成できる。  【００４５】  本発明によれば、内視鏡装置等のチューブ６内で光ファイバー１が相対的な回転をさせないので擦れる事がなく、回転伝達遅れやトルク損失等の発生を軽減され高い空間分解能で鮮明なＯＣＴ解析画像が得られ、また、直動アクチュエータ２２の軸方向への摺動動作により、光線を軸方向に一定範囲で放射でき、３次元の観察画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】  本発明の３次元走査型光イメージング用プローブは、長いチューブ内の光ファイバーを回転させることなく、チューブの先端近傍にモータで速度ムラなく回転する光路変換手段を設けて高精度な回転走査機構を有する事により、ＯＣＴ画像診断装置の基本性能である空間分解能をおよそ１０μｍ（ミクロン）以下に改善する事が可能となる。さらに３次元走査により人体内部の患部の観察と診断が人体の切開手術せずに行え、従来の診断装置であったＸ線ＣＴ、核磁気共鳴などでは不可能であった高分解能で緻密は診断が可能となる。これにより、特に医療現場での微細な病巣の診断や治療への活用が期待されると共に、医療用内視鏡装置以外にも工業用ＯＣＴ診断装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】１  光ファイバー２  集光レンズ３  透光部４  光ファイバー固定具５  摺動ガイド６  チューブ（カテーテル）７  摺動モータケース７a  摺動軸部８  モータコイル９a、９b  軸受１０  ロータ磁石１１  中空回転軸１２  電線１３  モータ１４a、１４b  光路変換手段１５  アクチュエータケース１６a、１６b  摺動軸受１７  振動部材１８  圧電素子１９  パターン電極２０  電線２２  直動アクチュエータ２３a、２３b  光線２４a、２４b  固定側センサー２４c    移動側センサー    ８１  鉗子チャネル８２  ガイドカテーテル８３  ＣＣＤカメラ部８４  先端観察部８５  装置本体８６  モータドライバー回路８７  アクチュエータドライバー回路８８  光干渉解析部８９  コンピュータ９０  モニター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015060114.tif 000009
【国際調査報告】
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2015060114.tif 000011
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