JP6122351B2 - 走査型プローブ - Google Patents

Description

この発明は、被写体を走査する走査型プローブに関する。

体腔内の被写体（生体組織等）を周期的に走査することにより得た信号を画像化する走査型イメージシステムが知られている（例えば特許文献１）。この種の走査型イメージシステムは、シングルモード型の光ファイバ、二軸（ＸＹ軸）アクチュエータ及び一軸（Ｚ軸）アクチュエータを有する走査型プローブを備えている。走査型プローブ内部において、光ファイバは、基端部が二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持されている。二軸アクチュエータは、振動の振幅を変調及び増幅させながら、光ファイバの先端部分を所定の周波数で二次元的に振動（例えば固有振動数で二次元的に共振）させることにより、光ファイバの先端を所定の面上で渦巻状に移動させる。一方、一軸アクチュエータは、術者の操作に応じて光ファイバを上記所定の面と直交する被写体の深度方向に移動させる。二軸アクチュエータによる光ファイバの二軸方向の動きと、一軸アクチュエータによる光ファイバの一軸方向の動きとが併せられることにより、光ファイバによって光源から伝送された走査光が被写体をスパイラル状に三次元走査する。走査型イメージシステムは、走査光により走査された被写体からの戻り光を検出し、検出された戻り光から走査された領域の画像を生成し、生成された画像をモニタの表示画面に表示させる。

特開２００４−３２１７９２号公報

特許文献１に例示される走査型プローブには、体腔内へ挿入中の患者の負担を軽減するため、細径化設計が恒常的に要請されている。しかし、特許文献１に記載された走査型プローブは、深度方向の走査を制御するためのニチノールワイヤ及び位置センサ並びにニチノールワイヤの収縮に抗して作用するスプリングなど、光ファイバの深度方向の駆動を制御するための機構が径方向に並べて配置されている。そのため、走査型プローブの先端部を細径化するのに不向きな構成である。

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、細径化設計に適した構成の走査型プローブを提供することである。

本実施形態に係る走査型プローブは、光ファイバと、光ファイバを収容し保持する可動筒部と、可動筒部を収容する収容筒部と、可動筒部の基端面と収容筒部の内壁面との間に配置されており、通電によって軸線方向に伸縮することにより、収容筒部内で可動筒部を光ファイバと一体に軸線方向にスライドさせる形状記憶合金と、可動筒部の外周面と収容筒部の内周面との間に配置されており、可動筒部を軸線方向であって形状記憶合金と反対の方向に付勢する付勢ばねとを備える。

本実施形態によれば、光ファイバの深度方向の駆動を制御するための形状記憶合金と付勢ばねとが軸線方向にずれた位置に配置される。これにより、径方向に並ぶ部品点数が減少するため、走査型プローブが細径化される。

可動筒部は、光ファイバを収容し保持するものであって、軸線方向に長い長穴が周面に形成された内筒を備える構成であってもよい。また、収容筒部は、固定筒部を備える構成であってもよい。具体的には、固定筒部は、長穴と対応する位置にビス穴が形成されており、固定筒部に差し込まれた内筒の長穴とビス穴とが重なる領域にビスが挿入されビス止めされることにより、ビス穴に固定されたビスの軸部と長穴の長手方向の一対の端面の各々とが当たる範囲内で内筒を軸線方向にスライド可能に保持する。

収容筒部は、固定筒部及び可動筒部を収容する外筒を備える構成であってもよい。この構成においては、付勢ばねは、内筒の外周面と外筒の内周面との間に配置されている。

走査型プローブは、可動筒部の基端面と収容筒部の内壁面との間に配置されており、基端面との接触を検知するリミットセンサを備える構成としてもよい。リミットセンサは、例えば、ビスが長穴の長手方向の端面と接触する手前で可動筒部の基端面と接触する。

可動筒部は、内筒の基端に接着固定された第一の基板を備える構成であってもよい。また、収容筒部は、第一の基板と対向する位置に接着固定された第二の基板を備える構成であってもよい。この構成においては、形状記憶合金は、一端が第一の基板に接続されており、他端が第二の基板に接続されている。

走査型プローブは、一端が第一の基板に接続され、他端が第二の基板に接続されており、第一の基板と第二の基板との間隔が狭くなるほど屈曲するフレキシブ基板を備える構成としてもよい。この構成において、固定筒部には、屈曲されたフレキシブ基板のための逃げ穴が形成されている。

本実施形態の走査型プローブによれば、細径化設計に適した構成の走査型プローブが提供される。

本発明の実施形態の走査型共焦点プローブの先端部分の外観を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態の走査型共焦点プローブの先端部分の内部構造を示す内部構造図（斜視図）である。 本発明の実施形態の走査型共焦点プローブの先端部分の断面図である。 本発明の実施形態の走査型共焦点プローブに備えられる内筒及び固定筒を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として走査型共焦点プローブについて説明する。

本実施形態の走査型共焦点プローブ１は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計された走査型共焦点内視鏡システムを構成する医療用器具であり、体腔内の生体組織の断層像等を高倍率かつ高解像度で観察するのに好適に構成されている。走査型共焦点プローブ１により取得される生体組織の情報は、ビデオプロセッサに伝送され、ビデオプロセッサによりモニタ表示可能に処理される。なお、ビデオプロセッサやモニタなど、走査型共焦点内視鏡システムを構成する走査型共焦点プローブ１以外の構成については、便宜上、その図示を省略する。

図１は、本実施形態の走査型共焦点プローブ１の先端部分の外観を示す外観斜視図である。図１に示されるように、走査型共焦点プローブ１は、カバーガラス部１１を備えている。カバーガラス部１１の基端には、外筒１２が取り付けられている。外筒１２の基端には、可撓性チューブ１３が取り付けられている。

図２は、カバーガラス部１１、外筒１２及び可撓性チューブ１３を外した状態の斜視図であり、走査型共焦点プローブ１の先端部分の内部構造を示す。図３（ａ）及び図３（ｃ）は、走査型共焦点プローブ１を図１の平面Ａで切断したときに現れる断面を示す側断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す図である。

図３（ａ）に示されるように、走査型共焦点プローブ１は、外筒１２内に収容された内筒２１を備えている。内筒２１には、同じく外筒１２内に収容された駆動筒２２が内筒２１の外周面の中途まで圧入又は接着により接続されている。駆動筒２２の先端には、図２に示されるように、対物レンズ部２３が接着等により取り付けられている。対物レンズ部２３は、カバーガラス部１１及び外筒１２内に収容されている。

図３（ａ）に示されるように、可撓性チューブ１３内には、テフロンチューブ（テフロン：登録商標）やＰＥＥＫチューブ（ＰＥＥＫ：登録商標）等によって被膜され保護された光ファイバ２４が収容されている。光ファイバ２４の基端は、光源部（不図示）と結合している。光ファイバ２４の先端部分（以下、「光ファイバ先端部分２４ａ」と記す。）は、内筒２１内に収容され保持されている。光ファイバ先端部分２４ａの根元付近には、二軸アクチュエータ（不図示）が接着等により取り付けられている。二軸アクチュエータは圧電型アクチュエータであり、内筒２１の軸線方向（走査型共焦点プローブ１の軸線方向でもある。）と直交し互いに直交する二方向（ＸＹ方向）に光ファイバ先端部分２４ａを共振運動させる。二軸アクチュエータが有する圧電素子上に形成された各電極には、駆動信号を伝送する信号線の一端が半田付けされている。走査型共焦点プローブ１内には、ほぼ全長に亘り、圧電素子駆動用の信号線をはじめとする各種電子部品と接続された複数の信号線２５が配線されている。

図４（ａ）は、内筒２１単体の斜視図を示す。図４（ａ）に示されるように、内筒２１の基端側は段付き形状となっている。また、内筒２１の基端面は開口している。図３（ａ）に示されるように、内筒２１の基端開口には、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）２６が接着されている。内筒２１の基端開口は、接着固定されたＰＣＢ２６によって塞がれている。ＰＣＢ２６はパターン設計に必要な面積を確保するため、樹脂やセラミックス等の成形品の表面にパターンが設けられたＭＩＤ基板である。

図３（ａ）に示されるように、外筒１２内には固定筒２７が収容され、接着等により固定されている。ここで、図４（ｂ）に、内筒２１と固定筒２７とを組み立てた状態を示す。図４（ｂ）に示されるように、固定筒２７には、内筒２１（段付き形状を含む基端開口付近）が差し込まれる。内筒２１の周面には、軸線方向に長い長穴２１ａが形成されている。また、固定筒２７の周面には、ビス穴２７ａが形成されている。

内筒２１が固定筒２７に差し込まれると、図４（ｂ）に示されるように、長穴２１ａの一部の領域がビス穴２７ａと重なる。図４（ｃ）に示されるように、重なった領域（内筒２１の周面及び固定筒２７の周面を貫通する領域）にビス２８の軸部が挿入され、ビス２８がビス穴２７ａ内にビス止めされる。図３（ｂ）に示されるように、ビス穴２７ａの直径及び長穴２１ａの幅（短手方向の長さ）は、ビス２８の軸径と実質同一である。そのため、内筒２１と固定筒２７とが軸線周りに相対的に回転する作用が加わると、ビス２８の軸部とビス穴２７ａの端面又は長穴２１ａの短手方向の端面とが当たる。このように、内筒２１と固定筒２７との軸線周りの相対的な回転は、ビス２８の軸部とビス穴２７ａの端面又は長穴２１ａの短手方向の端面とが当たることにより、実質的に規制されている。

内筒２１の外周面と固定筒２７の内周面はすきまばめの関係にある。固定筒２７は、すきまばめの関係にある内筒２１を軸線方向にスライド可能に保持している（図４（ｃ）及び図４（ｄ）参照）。内筒２１が固定筒２７に対して軸線方向にスライドすると、長穴２１ａは、ビス穴２７ａ内にビス止めされたビス２８に対して軸線方向（長穴２１ａの長手方向）に移動する。言い換えると、ビス２８は、長穴２１ａ内で軸線方向に移動する。

上述したように、長穴２１ａの幅（短手方向の長さ）とビス２８の軸径は実質同一である。そのため、長穴２１ａは、内筒２１を固定筒２７に対して軸線方向にスライドさせる際のガイドとして機能する。

図３（ａ）に示されるように、固定筒２７には、ＰＣＢ２９がＰＣＢ２６と対向する姿勢で接着されている。ＰＣＢ２９もＰＣＢ２６と同じくＭＩＤ基板である。ＰＣＢ２６とＰＣＢ２９との間のスペースには、形状記憶合金（ニチノールワイヤ）３０、位置センサ３１、リミットセンサ３２及びＦＰＣ（Flexible Printed
Circuits）３３が設置されている。形状記憶合金３０、位置センサ３１及びＦＰＣ３３の一端はＰＣＢ２６に接続されており、他端はＰＣＢ２９に接続されている。

図３（ａ）に示されるように、内筒２１の外周面と外筒１２の内周面とにより規定された円筒状のスペースには、バイアススプリング３４が収容されている。バイアススプリング３４の一端は、駆動筒２２の端面２２ａと当て付き、他端は、固定筒２７の端面２７ｂと当て付いている。バイアススプリング３４は、駆動筒２２の端面２２ａと固定筒２７の端面２７ｂとの間で、自然長から軸線方向（Ｚ方向）に初期的に圧縮挟持されている。

形状記憶合金３０は、軸線方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金３０は、形状記憶効果による復元力がバイアススプリング３４の復元力より大きくなるように設計されている。形状記憶合金３０は、図示省略されたドライバより通電され加熱されることにより、伸縮量が制御される。

形状記憶合金３０は、伸縮量に応じて可動筒部を収容筒部内で軸線方向に進退させる。ここで、可動筒部は、形状記憶合金３０の伸縮に応じて軸線方向に可動する要素であり、内筒２１、駆動筒２２、対物レンズ部２３、光ファイバ２４（光ファイバ先端部分２４ａを含む。）及びＰＣＢ２６を含む。収容筒部は、形状記憶合金３０の伸縮に対しては不動の要素であり、カバーガラス部１１、外筒１２、可撓性チューブ１３、固定筒２７及びＰＣＢ２９を含む。具体的には、形状記憶合金３０は、加熱されて軸線方向に収縮する（復元する）ことにより、可動筒部を収容筒部内で後方（軸線方向）に引っ込める。形状記憶合金３０はまた、徐冷が進むにつれて形状記憶効果による復元力が低下することに伴い、バイアススプリング３４により軸線方向に伸張される。形状記憶合金３０は、軸線方向に伸張されることにより、可動筒部を収容筒部内で前方（軸線方向）に押し出す。

収容筒部内における可動筒部の移動範囲は、機械的には、固定筒２７のビス穴２７ａ内にビス止めされたビス２８の軸部と、長穴２１ａの長手方向の一対の端面２１ｂの各々とが当たる範囲内に規制される。しかし、ビス２８の軸部と長穴２１ａの端面２１ｂとが当たっている状態で形状記憶合金３０への通電が続けられると、形状記憶合金３０が断線する虞がある。そこで、本実施形態では、収容筒部内における可動筒部の移動範囲を電気的に制御している。具体的には、走査型共焦点プローブ１は、形状記憶合金３０を通電して収縮させることにより可動筒部を収容筒部内で後退させる際、ビス２８の軸部と長穴２１ａの端面２１ｂとが当たる直前でリミットセンサ３２がＰＣＢ２６と接触する構成となっている。リミットセンサ３２による接触の検知信号は、ビデオプロセッサに伝送される。ビデオプロセッサは、検知信号に基づいてドライバを制御することにより、形状記憶合金３０への通電を遮断又は断続的な通電に切り替える。これにより、過剰な通電による形状記憶合金３０の断線が避けられる。

バイアススプリング３４は、収容筒部内における可動筒部の移動（より詳細には、固定筒２７の端面２７ｂに対する駆動筒２２の端面２２ａの移動）に伴い、軸線方向に伸縮される。ここで、バイアススプリング３４は、内筒２１の外周面を取り巻くと共に外筒１２の内周面に取り囲まれている。バイアススプリング３４は、内径側が内筒２１の外周面によってサポートされると共に外径側が外筒１２の内周面によってサポートされることにより、軸線方向外に倒れることなく、軸線方向にスムーズに伸縮する。

図３（ａ）や図４（ｂ）に示されるように、固定筒２７の周面には、周面開口２７ｃが形成されている。周面開口２７ｃは、形状記憶合金３０や位置センサ３１等の各種部品を固定筒２７内に実装する作業を行う上で必要な開口である。また、ＦＰＣ３３は、ＰＣＢ２６とＰＣＢ２９との間隔が狭くなるほど屈曲する。図３（ｃ）に示されるように、周面開口２７ｃは、屈曲したＦＰＣ３３を逃がすための逃げ穴としても機能する。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、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。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

１ 走査型共焦点プローブ
１１ カバーガラス部
１２ 外筒
１３ 可撓性チューブ
２１ 内筒
２１ａ 長穴
２１ｂ （長穴の長手方向の）端面
２２ 駆動筒
２２ａ （駆動筒の）端面
２３ 対物レンズ部
２４ 光ファイバ
２４ａ 光ファイバ先端部分
２５ 信号線
２６ ＰＣＢ
２７ 固定筒
２７ａ ビス穴
２７ｂ （固定筒の）端面
２７ｃ （固定筒の）周面開口
２８ ビス
２９ ＰＣＢ
３０ 形状記憶合金
３１ 位置センサ
３２ リミットセンサ
３３ ＦＰＣ
３４ バイアススプリング

Claims (6)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバを収容し保持する可動筒部と、
   前記可動筒部を収容する収容筒部と、
   前記可動筒部の基端面と前記収容筒部の内壁面との間に配置されており、通電によって軸線方向に伸縮することにより、該収容筒部内で該可動筒部を前記光ファイバと一体に該軸線方向にスライドさせる形状記憶合金と、
   前記可動筒部の外周面と前記収容筒部の内周面との間に配置されており、該可動筒部を前記軸線方向であって前記形状記憶合金と反対の方向に付勢する付勢ばねと、
   を備える、
   走査型プローブ。
2. 前記可動筒部は、
   前記光ファイバを収容し保持するものであって、前記軸線方向に長い長穴が周面に形成された内筒
   を備え、
   前記収容筒部は、
   前記内筒が差し込まれる固定筒部
   を備え、
   前記固定筒部は、
   前記長穴と対応する位置にビス穴が形成されており、前記固定筒部に差し込まれた内筒の長穴と該ビス穴とが重なる領域にビスが挿入されビス止めされることにより、該ビス穴に固定されたビスの軸部と該長穴の長手方向の一対の端面の各々とが当たる範囲内で該内筒を前記軸線方向にスライド可能に保持する、
   請求項１に記載の走査型プローブ。
3. 前記収容筒部は、
   前記固定筒部及び前記可動筒部を収容する外筒
   を備え、
   前記付勢ばねは、
   前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間に配置されている、
   請求項２に記載の走査型プローブ。
4. 前記可動筒部の基端面と前記収容筒部の内壁面との間に配置されており、該基端面との接触を検知するリミットセンサ
   を備え、
   前記リミットセンサは、
   前記ビスが前記長穴の長手方向の端面と接触する手前で前記基端面と接触する、
   請求項２又は請求項３に記載の走査型プローブ。
5. 前記可動筒部は、
   前記内筒の基端に接着固定された第一の基板
   を備え、
   前記収容筒部は、
   前記第一の基板と対向する位置に接着固定された第二の基板
   を備え、
   前記形状記憶合金は、
   一端が前記第一の基板に接続されており、他端が前記第二の基板に接続されている、
   請求項２から請求項４の何れか一項に記載の走査型プローブ。
6. 一端が前記第一の基板に接続され、他端が前記第二の基板に接続されており、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔が狭くなるほど屈曲するフレキシブ基板
   を備え、
   前記屈曲されたフレキシブ基板のための逃げ穴が前記固定筒部に形成されている、
   請求項５に記載の走査型プローブ。

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