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JPWO2008081653A1 - 光プローブ - Google Patents

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JPWO2008081653A1
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Abstract

カテーテルシース及び駆動シャフトを備える光干渉断層画像診断装置のカテーテル装置において、取得される断面画像の方位方向の分解能を向上させる。かかる目的を実現するために、本発明にかかるカテーテル装置１０１は、カテーテルシース３０１内において回転駆動する駆動シャフト１０５と、駆動シャフト１０５内に配され駆動シャフト１０５と共に回転駆動する光ファイバ３０４と、光ファイバ３０４の先端部に取り付けられた光学部品３０５と、を備え、光ファイバ３０４内を伝送された光を光学部品３０５より、体腔内に出射するカテーテル装置１０１であって、光学部品３０５より出射される光が、カテーテルシース３０１を介して体腔内に照射された場合に、該照射された光の駆動軸方向の径と方位角方向の径との差が小さくなるように、光学部品３０５における光路上のいずれかの面が、該駆動軸方向または該方位角方向に曲面を形成していることを特徴とする。

Description

本発明は、光干渉断層画像診断装置を構成する光プローブに関するものである。
従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは術後の結果確認のためにカテーテル型の画像診断装置が広く使用されている。
画像診断装置の一例として、血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：Ｉｎｔｒａ Ｖａｓｃｕｌａｒ Ｕｌｔｒａ Ｓｏｕｎｄ）が挙げられる。一般に血管内超音波診断装置は、血管内において超音波振動子を内蔵するプローブをラジアル走査させ、血管内の生体組織で反射された反射波（超音波エコー）を同じ超音波振動子で受信した後、増幅、検波等の処理を施すことで生成された超音波エコーの強度に基づいて、血管の断面画像を取得するものである。
更に、最近では、より高解像度の断面画像の取得すべく、光の可干渉性を利用して画像診断を行う光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の開発が進められている。
光干渉断層画像診断装置は、血管内の生体組織に低コヒーレンス光を入射したときの生体組織表面及び内部からの反射光と、これとは別に低コヒーレンス光を分光し光路長を合わせた参照光とを重ね合わせることで、生体組織の深さ方向の特定の点からの反射光を抽出し、これを電気信号に変換した後、画像情報に変換することで血管の断面画像を取得するものである。
更に、最近では光干渉断層画像診断装置の改良型である、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）の開発も進められている。波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）は、血管内の生体組織に入射するコヒーレンス光の波長を連続的に変化させることで、生体組織の深さ方向の各点からの反射光を周波数成分の違いに基づいて抽出し、これを用いて血管の断面画像を取得するものである。波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）の場合、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）と比較して、参照光の光路長を連続的に可変させるための可動部をなくすことができるという利点がある。
ＯＣＴやＯＦＤＩ等のいわゆる光干渉断層画像診断装置においては、コヒーレンス光を伝送するために光ファイバを使用している。光ファイバは、超音波画像診断装置でいう電気伝送線であり、回転駆動力を伝達する駆動シャフト内に挿入されており、一部が駆動シャフトに固定されている。
光干渉断層画像診断装置において、超音波画像診断装置でいう超音波振動子に相当する部分は、光ファイバ先端部に形成されているスペーサ、ロッドレンズおよびプリズム等の光学部品であり、当該光学部品により光ファイバから発散された光が集束され、さらに駆動シャフトに対してほぼ直角方向に曲げられる。
光干渉断層画像診断装置では、一般的に、通信用として使用されるシングルモードファイバが使用される。光ファイバのコア及びクラッド材料は、溶融石英が使用される。上記コヒーレンス光は、光ファイバのコアとクラッドとの屈折率の差を利用して、光ファイバ内で反射しながら先端部まで伝播する。
光ファイバの先端部には、スペーサとよばれる光を発散させる部品が接続されており、当該スペーサ内においてコヒーレンス光は、光ファイバにより決められているＮＡ（開口数：光ファイバに入射できる光の最大入射角度を規定する数値）で円錐形状に発散される（以下、発散されるコヒーレンス光を以下、「光ビーム」と称す）。
光ビームは、スペーサの先端側に接続されたロッドレンズを通じて集束され、ロッドレンズの先端側に接続されたプリズムによって直角方向に曲げられることで、駆動シャフト及びシース（カテーテルシース）に対してほぼ直角方向に進み、光透過性であるシースを介して、体腔内に対して集束光として出射される。
ここで、シース（カテーテルシース）及び駆動シャフトを備える光干渉断層画像診断装置の光プローブにおいて、シースは、その材質ゆえに、プリズムにて直角方向に曲げられた光ビームを屈折させることとなる。
一般的に、光が伝播する２つの媒質間の屈折率の差が大きいほど光は媒質の境界面で大きく屈折する。光の屈折に関する関係式としてはスネルの法則がある。スネルの法則によれば、光が屈折率の異なる２つの媒質Ａ、Ｂの境界面に入射した場合、媒質Ａ、Ｂの屈折率をそれぞれｎ1、ｎ2とすると、入射角θ1と屈折角θ2との関係は、以下の式（数１）で表すことができる。
Figure 2008081653
光干渉断層画像診断装置の光プローブでは、駆動シャフトを高速回転させるため、シース内の媒質は粘性の低い材料であることが好ましい。このため、通常は大気圧の空気が用いられる。
仮に、シース内の媒質を空気とし、シースの材料を一般的な高分子材料であるポリエチレンとすると、空気の屈折率は１．０であり、ポリエチレンの屈折率は１．５４であることから、両者の屈折率の差は大きく、シースと空気との境界面では光ビームが大きく屈折することとなる。
さらに、シースの場合、その幾何学的形状（円筒状）のため、プリズムにて直角方向に曲げられた光ビームに対して凹レンズの効果がある。
このためシースを通過した後の光ビームは、駆動シャフトの駆動軸の方向（以下、「駆動軸方向」と称す）と、それと直交する面の駆動軸まわりの方位角の方向（以下、「方位方向」と称す）とで非対称な形状を有することとなる（シースは空気よりも屈折率が大きいため、空気との境界面において屈折するが、その際、シースは、駆動軸方向には直線形状を有しているため、駆動軸方向には集束される一方、方位方向には円形状を有しているため、上記凹レンズ効果により方位方向には拡がることとなる）。
実際、ロッドレンズの表面から光ビームの集束部までの距離（ワーキングディスタンス）を２．０ｍｍとした場合の、空気媒質での光ビームのウェストサイズが０．０３ｍｍとなるように光学設計し、シース内の媒質を空気、シース外の体腔内の媒質を水として光ビームの追跡シミュレーションを行うと、ロッドレンズの表面から２．０ｍｍの位置において、シースの方位方向の光ビームは０．４２ｍｍまで拡がることとなる。
加えて、シース及び駆動シャフトを実際に試作し、空気中及び水中での光ビームの拡がりを確認すると、光ビームの形状は空気中ではほぼ円形状であるのに対して、水中では、駆動軸方向よりも方位方向の方が光ビームが大きく拡がった楕円状となることとなる。
このような現象は、取得される断面画像の方位方向の分解能に影響することから、より高解像度の断面画像を取得するためには、光ビームを集束させる際のスポット形状をできる限り真円に近づけ、ウェストサイズをできる限り小さくさせることが望ましい。
通常、血管及び体腔内の診断に用いられる光干渉断層画像診断装置では、光ファイバが挿入される駆動シャフトがシース内部に配置され、この駆動シャフトが１回転すると、光ファイバも１回転するように構成されている。
つまり、体腔内の断面画像は、駆動シャフトが１回転するときの走査線数分、方位方向の反射光の強度分布を信号処理することにより得られる。このため、方位方向については、走査線数が増えるほど分解能が向上する。
しかしながら、上述のようにシースでの凹レンズ効果により光ビームが方位方向に大きく拡がってしまった場合には、どれだけ走査線数を増やしても、方位方向の分解能を上げることはできない（反射光強度の半値幅が走査線間隔より十分大きい場合には、走査線数を増やしても、断面画像の分解能を向上させることはできない）。このため、シースの凹レンズ効果の影響をできるだけ除去することが望ましい。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、シース及び駆動シャフトを備える光干渉断層画像診断装置の光プローブにおいて、取得される断面画像の方位方向の分解能を向上させることを目的とする。
一態様に係る光プローブは以下のような構成を備える。即ち、
体腔内に挿入されるシース内において回転駆動する光ファイバを有する駆動シャフトと、該光ファイバの先端部に取り付けられた光学部品と、を備え、前記光ファイバ内を伝送された光を前記光学部品より、前記体腔内の生体組織に向けて出射する光プローブであって、
前記光ファイバ内を伝送され前記光学部品より出射される光が、前記シースを介して生体組織に照射された場合に、該照射された光の前記駆動シャフトの駆動軸方向の径と、該駆動シャフトの駆動軸を中心とする方位角方向の径との差が小さくなるように、前記光学部品が、該光の光路上において、該光を、該駆動軸方向と該方位角方向とで相対的に異なる集束率または発散率となるように補正することを特徴とする。
本発明によれば、シース及び駆動シャフトを備える光干渉断層画像診断装置の光プローブにおいて、取得される断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
図１は、実施形態にかかるカテーテル装置を備える光干渉断層画像診断装置（１００）の外観構成を示す図である。 図２は、光干渉断層画像診断装置１００の機能構成を示す図である。 図３は、カテーテル装置１０１の先端部の駆動シャフト１０５の先端部分を横方向から見た場合の断面を示す図である。 図４は、光ファイバ３０４内に光ビームが導光された場合の光線軌跡を模式的に示した説明図である。 図５は、カテーテル装置１０１の先端部を先端方向から見た光ビームの光線軌跡を模式的に示した図である。 図６は、第１の実施形態における第１の光学部品３０５における特徴的部分を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態における第１の光学部品３０５における特徴的部分を説明するための図である。 図８は、第１の実施形態における第１の光学部品３０５における特徴的部分を説明するための図である。 図９は、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。 図１０は、従来のプリズム（反射面が平面）を有する第１の光学部品における光線軌跡を示す図である。 図１１は、第２の実施形態における第１の光学部品１１００における特徴的部分を説明するための図である。 図１２は、第２の実施形態における第１の光学部品１１００における特徴的部分を説明するための図である。 図１３は、第２の実施形態における第１の光学部品１１００における特徴的部分を説明するための図である。 図１４は、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。 図１５は、カテーテル装置１０１の先端部の駆動シャフト１０５の先端部分を横方向から見た断面図を示す図である。 図１６は、光ファイバ３０４内に光ビームが導光された場合の光線軌跡を模式的に示した説明図である。 図１７は、カテーテル装置１０１の先端部を先端方向から見た光ビームの光線軌跡を模式的に示した図である。 図１８は、第３の実施形態において、第２の光学部品１５００における特徴的部分を説明するための図である。 図１９は、第３の実施形態において、第２の光学部品１５００における特徴的部分を説明するための図である。 図２０は、第３の実施形態において、第２の光学部品１５００における特徴的部分を説明するための図である。 図２１は、第３の実施形態において、第２の光学部品１５００における特徴的部分を説明するための図である。 図２２は、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。 図２３は、従来のボールレンズを有する第２の光学部品における光線軌跡を示す図である。 図２４は、第４の実施形態において、第２の光学部品２４００における特徴的部分を説明するための図である。 図２５は、第４の実施形態において、第２の光学部品２４００における特徴的部分を説明するための図である。 図２６は、第４の実施形態において、第２の光学部品２４００における特徴的部分を説明するための図である。 図２７は、第４の実施形態において、第２の光学部品２４００における特徴的部分を説明するための図である。 図２８は、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。 図２９は、第５の実施形態において、カテーテル装置の第２の光学部品２９００における特徴的部分を説明するための図である。 図３０は、第５の実施形態において、カテーテル装置の第２の光学部品２９００における特徴的部分を説明するための図である。 図３１は、第５の実施形態において、カテーテル装置の第２の光学部品２９００における特徴的部分を説明するための図である。 図３２は、第５の実施形態において、カテーテル装置の第２の光学部品２９００における特徴的部分を説明するための図である。 図３３は、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。
以下、必要に応じて添付図面を参照しながら各実施形態を詳細に説明する。
なお、以下の各実施形態は、光プローブの一態様であるカテーテル装置の先端部を構成する光学部品の種類ごとにわけて説明を行うこととする。
具体的には、光学部品として、光ファイバの先端において光を発散させるスペーサと、発散された光ビームを集束させるロッドレンズと、集束された光ビームを直角方向に曲げるプリズムとを備える光学部品（この組立体を、「第１の光学部品」と称す）が用いられる場合と、光ファイバの先端において光を発散させるスペーサと、該発散された光ビームを直角方向に曲げる斜面及び該直角方向に曲げられた光ビームを集束させるボールレンズとを備える光学部品（この組立体を、「第２の光学部品」と称す）が用いられる場合と、光ファイバの先端において光を発散させるとともに、発散された光ビームを直角方向に曲げる斜面を有するスペーサを備える光学部品（この組立体を、「第３の光学部品」と称す）が用いられる場合とに分けて説明することとする。
なお、第１の光学部品については第１および第２の実施形態において説明し、第２の光学部品については第３および第４の実施形態において説明し、第３の光学部品については第５の実施形態において説明することとする。
また、以下の各実施形態では、光干渉断層画像診断装置（ＯＣＴ）に適用する場合について説明するが、波長掃引利用の光干渉断層画像診断装置（ＯＦＤＩ）にも同様に適用可能であることはいうまでもない。
［第１の実施形態］
１．光干渉断層画像診断装置の外観構成
図１は第１の実施形態にかかるカテーテル装置を備える光干渉断層画像診断装置（１００）の外観構成を示す図である。
図１に示すように、光干渉断層画像診断装置（１００）は、カテーテル装置１０１と、スキャナ及びプルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ及びプルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４により接続されている。
カテーテル装置１０１は、直接血管内に挿入され、光学部品（不図示）を介して出射されるコヒーレンス光の反射光を用いて血管内の状態を測定する。スキャナ及びプルバック部１０２は、カテーテル装置１０１のコネクタ１０６と接続され、カテーテル装置１０１内の駆動シャフト１０５をラジアル走査させる。
操作制御装置１０３は、血管内の光干渉画像診断を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断面画像として表示するための機能を備える。
２．光干渉断層画像診断装置の機能構成
図２は、図１に示した光干渉断層画像診断装置１００の機能構成を示す図である。
２０９は超高輝度発光ダイオード等の低干渉性光源である。低干渉性光源２０９は、その波長が１３１０ｎｍ程度で、その可干渉距離（コヒーレント長）が数μｍ〜１０数μｍ程度であるような短い距離範囲でのみ干渉性を示す低コヒーレンス光を出力する。
このため、この光を２つに分岐した後、再び重ね合わせた場合には分岐した点から重ね合わせた点までの２つの光路長の差が１７μｍ程度の短い距離範囲内の場合には干渉光として検出され、それよりも光路長の差が大きい場合には干渉光として検出されない。
低干渉性光源２０９の光は、第１のシングルモードファイバ２２８の一端に入射され、先端面側に伝送される。第１のシングルモードファイバ２２８は、途中の光カップラ部２０８で第２のシングルモードファイバ２２９と光学的に結合されている。従って、この光カップラ部２０８で２つに分岐されて伝送される。
第１のシングルモードファイバ２２８の光カップラ部２０８より先端側には、非回転部と回転部との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント２０３が設けられている。
更に、光ロータリジョイント２０３内の第３のシングルモードファイバ２３０の先端のアダプタ２３２には、カテーテル装置１０１内の光コネクタ２０２が着脱自在に接続されている。これにより光学部品２０１と接続され回転駆動可能な第４のシングルモードファイバ２３１に、低干渉性光源２０９からの光が伝送される。
伝送された光は、光学部品２０１の先端側から体腔内の生体組織側にラジアル走査しながら照射される。そして、生体組織側の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部は光学部品２０１により取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ２２８側に戻り、光カップラ部２０８によりその一部が第２のシングルモードファイバ２２９側に移り、第２のシングルモードファイバ２２９の一端から光検出器（例えばフォトダイオード２１０）に入射される。なお、光ロータリジョイント２０３の回転部側は回転駆動装置２０４のラジアル走査モータ２０５により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ２０５の回転角度は、エンコーダ部２０６により検出される。更に、光ロータリジョイント２０３は、直線駆動装置２０７を備え、信号処理部２１４からの指示に基づいて、カテーテル装置１０１の挿入方向（体腔内の末梢方向およびその反対方向）の動作（駆動軸方向移動）を規定している。駆動軸方向移動は、信号処理部２１４からの制御信号に基づいて、直線駆動モータ２１５が動作することにより実現される。
また、第２のシングルモードファイバ２２９の光カップラ部２０８より先端側には、基準光の光路長を変える光路長の可変機構２１６が設けてある。
この光路長の可変機構２１６は生体組織の深さ方向の検査範囲に相当する光路長を高速に変化させる第１の光路長変化手段と、装置の個体差による光路長のばらつきを吸収するための第２の光路長変化手段とを備えている。
第２のシングルモードファイバ２２９の先端に対向して、この先端とともに１軸ステージ２２０上に取り付けられ、矢印２２３に示す方向に移動自在のコリメートレンズ２２１を介して、グレーティング２１９が配置されている。また、このグレーティング２１９（回折格子）と対応するレンズ２１８を介して微小角度回動可能なガルバノメータミラー２１７が第１の光路長変化手段として取り付けられている。このガルバノメータミラー２１７はガルバノメータコントローラ２２４により、矢印２２２方向に高速に回転される。
ガルバノメータミラー２１７はガルバノメータのミラーにより光を反射させるものであり、参照ミラーとして機能する。ガルバノメータに交流の駆動信号を印加することによりその可動部分に採りうけたミラーを高速に回転させるよう構成されている。
つまり、ガルバノメータコントローラ２２４より、ガルバノメータに対して駆動信号が印加され、該駆動信号により矢印２２２方向に高速に回転することで、基準光の光路長が、生体組織の深さ方向の検査範囲に相当する光路長だけ高速に変化することとなる。
一方、１軸ステージ２２０は第２の光路長変化手段を形成する。さらに、１軸ステージ２２０はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。
光路長の可変機構２１６で光路長が変えられた光は第２のシングルモードファイバ２２９の途中に設けた光カップラ部２０８で第１のシングルモードファイバ２２８側から漏れた光と重ねあわされて、フォトダイオード２１０にて受光される。
フォトダイオード２１０にて受光された光は光電変換され、アンプ２１１により増幅された後、復調器２１２に入力される。この復調器２１２では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はＡ／Ｄ変換器２１３に入力される。
Ａ／Ｄ変換器２１３では、干渉光信号を２００ポイント分サンプリングして１ラインのデジタルデータ（干渉光データ）を生成する。サンプリング周波数は、光路長の１走査の時間を２００で除した値である。
Ａ／Ｄ変換器２１３で生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部２１４に入力される。この信号処理部２１４では深度方向の干渉光データをビデオ信号に変換することにより、血管内の各位置での断面画像を形成し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ２２６に出力する。
なお、信号処理部２１４はモータ制御回路２２５と接続され、ラジアル走査モータ２０５の回転駆動を制御する。
また、信号処理部２１４は、参照ミラー（ガルバノメータミラー）の光路長の走査を制御するガルバノメータコントローラ２２４と接続され、ガルバノメータコントローラ２２４は信号処理部２１４へ駆動信号を出力し、モータ制御回路２２５はこの駆動信号に基づいてガルバノメータコントローラ２２４と同期をとる。
３．第１の光学部品の一般的構成ならびに光ビームの光線軌跡
次に本実施形態にかかるカテーテル装置の第１の光学部品の一般的構成ならびに該第１の光学部品を介して光ビームが出射されるまでの光線軌跡について説明する。
３．１ 第１の光学部品の一般的構成
図３は、カテーテル装置１０１の先端部の駆動シャフト１０５の先端部分を横方向から見た場合の断面図である。図３に示すように、カテーテル装置１０１の先端部は、駆動シャフト１０５がカテーテルシース３０１の内部に挿入された構成となっている。
駆動シャフト１０５は、多層密巻きコイル構造であるコイルシャフト３０２を有し、コイルシャフト３０２の先端側にはハウジング３０３が固定されている。コイルシャフト３０２の内部には第４のシングルモードファイバ２３１（以下、「光ファイバ３０４」と称す）が挿入されており、光ファイバ３０４の先端部分には、光ビームを発散、集束し、直角方向（略直角方向を含む）に曲げる第１の光学部品３０５が取り付けられている。第１の光学部品３０５は、スペーサ３０６、セルフォックレンズ３０７、プリズム３０８から構成される。
駆動シャフト１０５の先端部には、Ｘ線透視下において駆動シャフト１０５の先端部の位置が確認できるようにするための造影マーカ３０９が備えられている。
これら第１の光学部品３０５の取り付けは、紫外線硬化型接着剤などのハンドリング性の高い接着剤による接着、もしくは光ファイバ溶融接続機による溶融接続手法により行うことができる。
３．２ 光線軌跡
図４は、図３において、光ビームが光ファイバ３０４内を伝送された場合の光線軌跡を模式的に示した説明図である。光ファイバ３０４は、屈折率の高い中心部分であるコアと、コアの周りにあって、コアよりも１％前後だけ屈折率が低いクラッドからなり、光ビーム４００はコアとクラッド部との境界面を全反射しながら伝わっていく。
光ファイバ３０４の先端部に到達した光ビームは、隣接して接続されたスペーサ３０６内で発散される。このときの光ビームの拡がり角度をθmaxとし、コアの屈折率をｎ1、クラッドの屈折率をｎ2とすると、拡がり角度θmaxと、コアの屈折率ｎ1と、クラッドの屈折率ｎ2との間には、下記（数２）の関係式が成り立つ。なお、拡がり角度θmaxは、最大受光角またはＮＡ（開口数）とも呼ばれる。
Figure 2008081653
スペーサ３０６内で発散された光ビーム４００は、スペーサ３０６に隣接して接続されたセルフォックレンズ３０７内で屈折され、集束された光ビームとなる。セルフォックレンズとは、屈折率が半径の関数として放物線上に変化する特殊なロッドレンズであり、前面から入射された光ビームがロッドレンズに沿って正弦波的な光路をとるという性質を有する。
そこで、セルフォックレンズに固有のパラメータであるレンズピッチ（正弦波光路の周期）に基づいてセルフォックレンズの長さを最適化することで、光ビームを集束させることが可能となる。
セルフォックレンズ３０７から出射された、集束された光ビーム４００ａは、プリズム３０８でほぼ直角方向に曲げられる。そして、プリズム３０８と媒質（空気）４０１との境界面で屈折し、光ビーム４００ｂとなり、ハウジング３０３の開口部４０２を通過する。
更に、開口部４０２を通過した光ビーム４００ｂは、媒質（空気）４０１とカテーテルシース３０１との境界面で屈折し、光ビーム４００ｃとなる。更に、光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１と媒質（血液を置換した生理食塩水）４０４との境界面で屈折し、光ビーム４００ｄとなり、媒質（血液を置換した生理食塩水）４０４を通過後、血管などの生体組織４０３に照射される。
図５は、図４において、カテーテル装置１０１の先端部を先端方向から見た光ビームの光線軌跡を模式的に示した断面図である。図５において、プリズム３０８内を集束しながら伝播する光ビーム４００ａは、屈折率がプリズム３０８よりもかなり小さい媒質である空気４０１との境界面で大きく屈折し、集束した光ビーム４００ｂとなる。
その後、光ビーム４００ｂは、屈折率が空気４０１よりも大きい媒質であるカテーテルシース３０１との境界面で屈折し、光ビーム４００ｃとなる。この光ビーム４００ｃは、カテーテルシース外の媒質である生理食塩水４０４との境界面でわずかに屈折し、ＮＡがやや小さくなった状態で光ビーム４００ｄとなり、血管などの生体組織４０３に照射される。
４．第１の光学部品の特徴的構成
次に、上記構成を有する第１の光学部品３０５における特徴的部分について詳説する。
図６〜図８は、第１の光学部品３０５における特徴的部分を説明するための図である。図６は、第１の光学部品３０５の斜視図であり、図７は光ファイバ３０４の先端部を先端方向から見た平面図である。また、図８は、図６の光ファイバ３０４を上方向から見た平面図である。
図６〜図８に示すように、第１の光学部品３０５において、プリズム３０８の反射面６０１は光ファイバの軸方向に対して垂直な方位方向（以下、単に方位方向という）に外側に円柱の側面状の凸曲面となるように形成されていることを特徴とする。これにより、プリズム３０８の反射面６０１で反射した光ビーム４００ａは方位方向に更に集束した光ビームとなる。
図９を用いて更に詳説する。図９は、図６において、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。
同図に示すように、光ファイバ３０４の端部から出射された光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ３０６で発散され、さらにスペーサ３０６に隣接して接続されたセルフォックレンズ３０７で方位方向及び駆動軸方向に集束された後、プリズム３０８の凸曲面の反射面６０１で全反射する。
この際、凸曲面の反射面６０１の作用により、平坦面の反射面であった場合と比べて、プリズム３０８内の光ビーム４００ａはカテーテルシース３０１の方位方向にさらに集束されることとなる。すなわち、光ファイバの軸（駆動軸）方向と、それに対して垂直な方位方向とで相対的に方位方向の方が高い集束率で集束される。その結果、その断面形状は、駆動軸方向を長径とした楕円形状となるよう補正される。
プリズム３０８から出射された光ビーム４００ｂは、カテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１との境界面で屈折し、方位方向のＮＡが大きくなった状態で集束され、断面形状を楕円形状としたままカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１の空気内を伝播する。
この光ビーム４００ｂがカテーテルシース３０１に入射した後は光ビーム４００ｃとなり、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果により、方位方向のＮＡが小さくなるように補正（矯正）される。
さらに、光ビーム４００ｃがカテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後は光ビーム４００ｄとなり、カテーテルシース３０１と媒質４０４との境界面での屈折によりＮＡが小さくなり、結果としてカテーテルシース３０１の方位方向のＮＡが駆動軸方向のＮＡに近づき（差が小さくなり）、光ビーム４００ｄの断面形状がほぼ軸対称な円形状となる。この作用によりビームウェストサイズが小さくなり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
すなわち、第１の光学部品３０５（反射面６０１）は、カテーテルシース３０１が光ビーム４００ｂの方位方向のＮＡと駆動軸方向のＮＡのバランスを変更するのを予め補正し、結果的に両ＮＡの差を小さくして略等しいものとする。
なお、比較のため、参考までに、従来のプリズム（反射面が平面）を有する第１の光学部品における光線軌跡を図１０に示す。
図１０は、光ビームがカテーテルシースを通じて生体組織に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図であり、従来のプリズム（反射面が平面）を用いた場合の図である。
光ファイバ３０４の端部から出射された光ビーム４００ａは、隣接して接続されたスペーサ３０６で発散され、さらにスペーサ３０６に隣接して接続されたセルフォックレンズ３０７で集束された後、プリズム１００１の反射面１００２で全反射する。
プリズム１００１から出射された光ビーム１００３ｂは、カテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１の空気との境界面で屈折し、ＮＡが大きくなった状態で集束され、空気４０１内を伝播する。この光ビーム１００３ｂがカテーテルシース３０１に入射した後は、光ビーム１００３ｃとなり、カテーテルシース３０１の曲面の屈折効果により、光ビーム１００３ｃは駆動軸方向には矯正されずに集束する一方、カテーテルシース３０１の方位方向には発散するため非点収差の状態となる。
さらに光ビーム１００３ｃが、カテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後は、光ビーム１００３ｄとなり、カテーテルシース３０１と生理食塩水４０４との境界面でわずかに屈折し、カテーテルシース３０１の方位方向のＮＡはやや小さくなるが、カテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４内を伝播する光ビーム１００３ｄは、非点収差を維持する。
このように、従来のプリズム１００１においては、駆動シャフト１０５の第１の光学部品３０５から出射された光ビームは、カテーテルシースを通過する時点で駆動軸方向と方位方向とでビーム断面形状が非対称となり、方位方向に発散してしまうため、方位方向の分解能が低下してしまうこととなる。
５．第１の光学部品の特徴的構成を実現するための形成方法
上記第１の光学部品における特徴的な構成であるプリズム３０８の反射面６０１の凸曲面の形成方法としては、例えば、一般的に用いられている光学部品の研削による方法が挙げられる。具体的には、切削によりカットした微小直角プリズムをマイクロチャックで保持またはワックスで固定し、プリズム３０８の研磨面を回転中心として１軸方向に往復回転運動させた状態で、等速運動で回転している研磨シート上に押し付ける方法が好ましい。
その他の方法としては、設計したプリズム形状のモールド型を作製しておき、モールド成型により形成する方法が挙げられる。これら第１の光学部品３０５の寸法、レンズ仕様、曲面の形状については、事前の光学設計により光ビームの光学特性を目的とする光干渉画像診断に対して最適化させておく必要がある。なお、プリズム３０８の曲面の断面形状は、円、楕円、その他任意の曲線形状であっても良い。
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかるカテーテル装置１０１によれば、プリズム３０８の反射面６０１を方位方向に外側に凸曲面となるように形成し、プリズム３０８にて直角方向に曲げられた光ビーム４００が、駆動軸方向に比べて方位方向に更に集束されるように相対的な集束率（または発散率）を異ならせる補正を行うよう構成することで、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果による光ビーム４００の方位方向への拡がりと相殺させることが可能となる。
この結果、カテーテルシース３０１を通過した光ビーム４００は、その断面形状がほぼ軸対称な円形状となり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果と相殺させるべく、第１の光学部品３０５のプリズム３０８の反射面６０１を方位方向に外側に凸曲面となるように形成したが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、プリズム３０８の出射面を方位方向に外側に凸曲面となるように形成してもよい。
図１１〜図１３は、本実施形態にかかるカテーテル装置の第１の光学部品１１００における特徴的部分を説明するための図である。図１１は、第１の光学部品１１００の斜視図であり、図１２は光ファイバ３０４の先端部を先端方向から見た平面図である。また、図１３は、図１１の光ファイバ３０４を上方向から見た平面図である。
図１１〜図１３に示すように、第１の光学部品１１００において、プリズム１１０１は、光ビームの反射面１１０２が平坦面であるのに対して、光ビームの出射面１１０３は方位方向に外側に凸曲面となるように形成されていることを特徴とする。
更に、図１４は、図１１において、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。
同図に示すように、光ファイバ３０４の端部から出射された光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ３０６で発散され、さらにスペーサ３０６に隣接して接続されたセルフォックレンズ３０７で方位方向及び駆動軸方向に集束された後、プリズム１１０１の平らな反射面１１０２で全反射する。
そして、プリズム１１０１内を伝播する光ビーム４００ａは、プリズム１１０１の出射面１１０３の凸曲面の作用により、方位方向にさらに集束され、断面形状が駆動軸方向を長径とした楕円形状となった光ビーム４００ｂとして、プリズム１１０１の出射面１１０３より出射される。その後、空気４０１内の光ビーム４００ｂはカテーテルシース３０１の方位方向のＮＡが大きくなった状態で集束され、断面形状を楕円形状としたまま伝播する。
この光ビーム４００ｂがカテーテルシース３０１に入射した後は光ビーム４００ｃとなり、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果により、カテーテルシース３０１の方位方向へＮＡが小さくなるように矯正される。
さらに、光ビーム４００ｃがカテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後は光ビーム４００ｄとなり、カテーテルシース３０１と生理食塩水４０４との境界面での屈折によりＮＡが小さくなり、結果としてカテーテルシース３０１の方位方向のＮＡと駆動軸方向のＮＡの差が小さくなり（略等しくなり）、光ビーム４００ｄの断面形状がほぼ軸対称な円形状となる。この作用によりビームウェストサイズが小さくなり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかるカテーテル装置１０１によれば、プリズム１１０１の出射面１１０３を方位方向に外側に凸曲面となるように形成し、プリズム１１０１にて直角方向に曲げられた光ビーム４００が、方位方向に相対的に更に高い集束率で集束されるように構成することで、カテーテルシース３０１の曲面による光ビーム４００の方位方向への拡がりと相殺させることが可能となる。
この結果、カテーテルシース３０１を通過した光ビーム４００は、断面形状がほぼ軸対称な円形状となり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
上述した第１及び第２の実施形態においては、その特徴的構成である第１の光学部品が光ビームを直角に（略直角を含む）を反射する（折り曲げる）ものである点で、説明を簡単にするため、プリズムの角度を概ね４５°としているが、光ビームを完全な直角に折り曲げると、カテーテルシース内表面からの反射ノイズが発生するため、Ｓ／Ｎ比が増加する原因となる。
そのため、側方に折り曲げられる光ビームはカテーテルシースの先端側にやや傾斜した方向に向けることが望ましい。この場合の好適なプリズムの仰角は３９〜４２°である。更に、プリズムの反射面を全反射ミラーとするため、反射面にアルミや金などのコーティングを行うことができるが、実施形態における光干渉断層画像診断装置において、波長１３１０ｎｍの光を用いれば、光学材料（ガラス）の空気界面での臨界角は４３°であるため、それより小さい角度の反射角であれば、空気界面で全反射する。従って、このような波長の光を測定光として用いる場合であれば、反射面にコーティングを行わなくてもよい。
［第３の実施形態］
上記第１および第２の実施形態では、第１の光学部品を備えるカテーテル装置について説明したが、本発明は特にこれに限定されず、第２の光学部品を備えるカテーテル装置においても、同様に、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能である。
１．第２の光学部品の一般的構成ならびに光ビームの光線軌跡
本実施形態にかかるカテーテル装置の第２の光学部品の一般的構成ならびに該第２の光学部品を介して光ビームが出射されるまでの光線軌跡について説明する。
１．１ 第２の光学部品の一般的構成
図１５は、カテーテル装置１０１の先端部の駆動シャフト１０５の先端部分を横方向から見た場合の断面図である。図１５において、カテーテル装置１０１の先端部は、駆動シャフト１０５がカテーテルシース３０１の内部に挿入された構成となっており、駆動シャフト１０５の内部には光ファイバ３０４が挿入された構成となっている。
駆動シャフト１０５は、多層密巻きコイル構造であるコイルシャフト３０２を有し、コイルシャフト３０２の先端側にはハウジング３０３が固定されている。光ファイバ３０４の先端部分には、光ビームを発散し、直角方向に曲げた後、集束させる第２の光学部品１５００が取り付けられている。
第２の光学部品１５００は、スペーサ１５０１と、斜面１５０２を有するボールレンズ１５０３とを備える。駆動シャフト１０５の先端部近傍には、Ｘ線透視下において駆動シャフト１０５の先端部の位置が確認できるようにするための造影マーカ３０９が備えられている。
これら第２の光学部品１５００は、溶融接続機を用いた溶融接続及び熱加工、さらには研削、研磨等の工程を経て形成することができる。
１．２ 光線軌跡
図１６は、図１５において、光ビームが光ファイバ３０４内を伝送された場合の光線軌跡を模式的に示した説明図である。光ビーム４００は光ファイバ３０４のコアとクラッド部との境界面を全反射しながら伝わっていく。光ファイバ３０４の先端部に到達した光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ１５０１で発散され光ビーム４００ａとなる。このときのスペーサ１５０１内での光ビーム４００ａの拡がり角度θmaxは、上記式（数２）で求めることができる。
光ビーム４００ａは、スペーサ１５０１の先端部に形成された斜面１５０２で全反射された後、スペーサ１５０１の端部に形成されたボールレンズ１５０３で集束され、光ビーム４００ｂとなり、ハウジング３０３の開口部４０２を通過する。
ハウジング３０３の開口部４０２を通過した光ビーム４００ｂは、媒質（空気）４０１とカテーテルシース３０１との境界面で屈折し、光ビーム４００ｃとなる。更に、光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１と媒質（生理食塩水）４０４との境界面で屈折し、光ビーム４００ｄとなり、媒質４０４を通過後、血管などの生体組織４０３に照射される。
なお、発散−集束光学系におけるボールレンズ１５０３の光学設計において、ボールレンズ１５０３の表面からビームウェストまでの距離（ワーキングディスタンス）、およびビームウェストサイズについては、スペーサ１５０１の長さ、ボールレンズ１５０３のサイズ、第２の光学部品１５００を構成する各部品の屈折率、第２の光学部品から出射される光ビームが通過する媒質の屈折率などのパラメータを用いて、専用の光学ソフトにより求めることが可能である。
さらに、ビームウェストの領域の大きさを表すコンフォーカルパラメータ２ｂは、ビームウェスト直径ｄ０と光ビームの中心波長λとを用いて下式（数３）により算出することができる。
Figure 2008081653
図１７は、図１６において、カテーテル装置１０１の先端部を先端方向から見た光ビームの光線軌跡を模式的に示した平面図である。図１７において、スペーサ１５０１内を発散しながら伝播する光ビーム４００ａは、スペーサ１５０１の先端部に形成された斜面１５０２で全反射された後、スペーサ１５０１の端部に形成されたボールレンズ１５０３で方位方向及び駆動軸方向に集束され、光ビーム４００ｂとなる。
その後、光ビーム４００ｂは、屈折率が空気４０１よりもかなり大きい媒質であるカテーテルシース３０１との境界面で大きく屈折し、光ビーム４００ｃとなる。この光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１外の媒質である生理食塩水４０４との境界面でわずかに屈折し、ＮＡがやや小さくなり光ビーム４００ｄとなり、血管などの生体組織４０３に照射される。
２．第２の光学部品の特徴的構成
次に、上記構成を有する第２の光学部品１５００における特徴的部分について詳説する。
図１８〜図２１は、第２の光学部品１５００における特徴的部分を説明するための図である。図１８は、第２の光学部品１５００の斜視図であり、図１９は、光ファイバ３０４の先端部を横方向から見た平面図である。また、図２０は、光ファイバ３０４の先端部分を先端方向から見た平面図である。更に、図２１は、光ファイバ３０４の先端部分を上方向から見た平面図である。
図１８〜図２１に示すように、第２の光学部品１５００において、ボールレンズ１５０３は、光ビームを直角方向に曲げるための斜面１５０２が方位方向に外側に凸曲面を形成している。
図２２は、図１８において、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。
同図に示すように、光ファイバ３０４の先端部に到達した光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ１５０１で発散され、スペーサ１５０１の先端部に形成された凸曲面の斜面１５０２で全反射する。
この際、凸曲面の斜面１５０２の作用により、スペーサ１５０１内の光ビーム４００ａはカテーテルシース３０１の方位方向に集束された状態となり、その断面形状は、駆動軸方向を長径とした楕円形状となる。
スペーサ１５０１内の光ビーム４００ａは、スペーサ１５０１の端部に形成されたボールレンズ１５０３とカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１の空気との境界面で屈折して方位方向及び駆動軸方向に集束されることで、光ビーム４００ｂとなる。
光ビーム４００ｂはカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１からカテーテルシース３０１に入射した後に光ビーム４００ｃとなる。光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果によりカテーテルシース３０１の方位方向へＮＡが小さくなるように矯正される。
さらに、光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後に光ビーム４００ｄとなり、境界面での屈折によりＮＡが小さくなり、結果としてカテーテルシース３０１の方位方向のＮＡと駆動軸方向のＮＡの差が小さくなり（略等しくなり）、光ビーム４００ｄの断面形状は、ほぼ軸対称な円形状となる。この作用によりビームウェストサイズが小さくなり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
なお、比較のため、参考までに、従来のボールレンズを有する第２の光学部品における光線軌跡を図２３に示す。
図２３は、光ビームがカテーテルシースを通じて生体組織に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図であり、従来のボールレンズを用いた場合の図である。
光ファイバ３０４の端部から出射された光ビーム４００ａは、隣接して接続されたスペーサ２３０１内で発散され、スペーサ２３０１の先端部に形成された斜面２３０２で全反射された後、スペーサ２３０１の端部に形成されたボールレンズ２３０３で集束されたＮＡが大きい光ビーム４００ｂとなる。
光ビーム４００ｂは、カテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１の空気との境界面で屈折し、ＮＡが大きくなった状態で集束され、空気４０１内を伝播する。この光ビーム４００ｂがカテーテルシース３０１に入射した後は、光ビーム４００ｃとなり、カテーテルシース３０１の曲面による屈折により、光ビーム４００ｃは駆動軸方向には集束するが、カテーテルシース３０１の方位方向には発散した非点収差の状態となる。
更に、光ビーム４００ｃが、カテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後は、光ビーム４００ｄとなり、カテーテルシース３０１と水４０４との境界面でわずかに屈折し、カテーテルシース３０１の方位方向のＮＡはやや小さくなるが、カテーテルシース３０１外の媒質４０４内を伝播する光ビーム４００ｄは非点収差を維持する。
このように、従来の平坦な斜面を有するボールレンズ２３０３においては、駆動シャフト１０５の第２の光学部品から出射された光ビームは、カテーテルシースを通過する時点で駆動軸方向と方位方向とでビーム断面形状が非対称となり、方位方向に発散してしまうため、方位方向の分解能が低下してしまうこととなる。
３．第２の光学部品の特徴的構成を実現するための形成方法
上記第２の光学部品１５００における特徴的な構成であるボールレンズ１５０３の曲面の形成方法については、例えば、一般的に用いられている光学部品の研削による方法が挙げられる。具体的には、光ファイバ溶融接続機などにより光ファイバ３０４の先端部に形成したボールレンズ１５０３を専用のホルダで保持、固定し、研磨シートに対して約４５°となるようにホルダを固定した状態で、ボールレンズ１５０３の研磨面を回転中心として１軸方向に往復回転運動させた状態で、等速運動で回転している研磨シート上に押し付ける方法が好ましい。
なお、ボールレンズ１５０３のサイズやスペーサ１５０１の長さ、凸曲面の形状については、事前の光学設計により光ビームの光学特性を目的とする光干渉画像診断に対して最適化させておく必要がある。ただし、凸曲面の断面形状は、円、楕円、その他任意の曲線形状であっても良い。
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかるカテーテル装置によれば、ボールレンズ１５０３の斜面１５０２を方位方向に外側に凸曲面となるように形成し、ボールレンズ１５０３の斜面１５０２にて直角方向に曲げられた光ビームが、予め方位方向に集束されるように構成することで、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果による光ビームの方位方向への拡がりと相殺させることが可能となる。
この結果、カテーテルシース３０１を通過した光ビームは、その断面形状がほぼ軸対称な円形状となり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
［第４の実施形態］
上記第３の実施形態では、カテーテルシースの凹レンズ効果と相殺させるべく、ボールレンズの斜面を方位方向に外側に凸曲面となるように形成したが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、ボールレンズの斜面を駆動軸方向に内側に凹曲面となるように形成してもよい。
図２４〜図２７は、本実施形態にかかるカテーテル装置の第２の光学部品２４００における特徴的部分を説明するための図である。図２４は、第２の光学部品２４００の斜視図であり、図２５は、光ファイバ３０４の先端部を横方向から見た平面図である。また、図２６は、光ファイバ３０４の先端部分を先端方向から見た平面図である。更に、図２６は、光ファイバ３０４の先端部分を上方向から見た平面図である。
図２４〜図２７に示すように、第２の光学部品２４００において、ボールレンズ２４０３は、光ビームを直角方向に曲げるための斜面２４０２が駆動軸方向に内側に凹曲面を形成していることを特徴とする。更に、スペーサ２４０１の長さが第３の実施形態におけるスペーサ１５０１と比較して、十分長い構成となっていることを特徴とする。
図２８は、図２４において、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ２４０１で発散され、スペーサ２４０１の先端部に形成された凹曲面の斜面２４０２で全反射する。
この際、凹曲面の斜面２４０２の作用により、スペーサ２４０１内の光ビーム４００ａは駆動軸方向へ発散された状態となり、その断面形状は、駆動軸方向を長径とした楕円形状となる。すなわち、光ビーム４００ａは、駆動軸方向に相対的に発散率が高くなるよう補正される。
スペーサ２４０１内の光ビーム４００ａは、スペーサ２４０１の端部に形成されたボールレンズ２４０３とカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１の空気との境界面で屈折して集束された後、光ビーム４００ｂとなる。
光ビーム４００ｂはカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１からカテーテルシース３０１に入射した後に光ビーム４００ｃとなる。光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１の曲面による屈折により方位方向のＮＡが小さくなるように矯正される。
さらに、光ビーム４００ｃはカテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後に光ビーム４００ｄとなる。光ビーム４００ｄは、境界面での屈折によりＮＡが小さくなり、結果として方位方向のＮＡと駆動軸方向のＮＡの差が小さくなり（略等しくなり）、断面形状がほぼ軸対称な円形状となっている。
この作用によりビームウェストサイズが小さくなり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態にかかるカテーテル装置において、上記第３の実施形態におけるスペーサ１５０１と比較してスペーサ２４０１の長さが十分に長い理由は、光学設計上、ワーキングディスタンスを合わせるためである。
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかるカテーテル装置によれば、ボールレンズ２４０３の斜面２４０２を駆動軸方向に内側に凹曲面となるよう形成し、ボールレンズ２４０３の斜面２４０２にて直角方向に曲げられた光ビームが、駆動軸方向に発散されるように構成することで、カテーテルシース３０１の凹レンズ効果による光ビームの方位方向との拡がりと同等の拡がりを有することとなる。
この結果、カテーテルシース３０１を通過した光ビームは、その断面形状がほぼ軸対称な円形状となり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
［第５の実施形態］
上記第１乃至４の実施形態では、第１または第２の光学部品を備えるカテーテル装置について説明したが、本発明は特にこれに限定されず、第３の光学部品を備えるカテーテル装置においても、同様に断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能である。
図２９〜図３２は、本実施形態にかかるカテーテル装置の第３の光学部品２９００における特徴的部分を説明するための図である。図２９は、第３の光学部品２９００の斜視図であり、図３０は、光ファイバ３０４の先端部を横方向から見た平面図である。また、図３１は、光ファイバ３０４の先端部分を先端方向から見た平面図である。更に、図３２は、光ファイバ３０４の先端部分を上方向から見た平面図である。
図２９〜図３２に示すように、第３の光学部品２９００は、光ビームを直角方向に曲げるための斜面２９０２を有するスペーサ２９０１を備え、スペーサ２９０１の斜面２９０２は駆動軸方向に外側に凸曲面を形成しており、出射面は方位方向に外側に凸曲面を形成していることを特徴とする。
図３３は、図２９において、光ファイバ３０４内に導光された光ビーム４００がカテーテルシース３０１を通じて生体組織４０３に照射される際の光線軌跡を立体的に示した一部透過斜視図である。光ファイバ３０４の先端部に到達した光ビーム４００は、隣接して接続されたスペーサ２９０１で発散され、スペーサ２９０１の先端部に形成された凸曲面の斜面２９０２で全反射する。
この際、凸曲面の斜面２９０２の作用により、スペーサ２９０１内の光ビーム４００ａは駆動軸方向に集束された状態となり、その断面形状は、方位方向を長径とした楕円形状となる。
スペーサ２９０１内の光ビーム４００ａは、スペーサ２９０１の出射面が方位方向に外側に凸曲面となるように形成されており、これにより方位方向に集束された後、光ビーム４００ｂとなる（このとき、光ビーム４００ｂは、逆に、駆動軸方向を長径とした楕円形状となる）。
光ビーム４００ｂはカテーテルシース３０１内の媒質（空気）４０１からカテーテルシース３０１に入射した後に光ビーム４００ｃとなる。光ビーム４００ｃは、カテーテルシース３０１の曲面による屈折によりカテーテルシース３０１の方位方向へＮＡが小さくなるように矯正される。
さらに、光ビーム４００ｃはカテーテルシース３０１からカテーテルシース３０１外の媒質（生理食塩水）４０４に入射した後に光ビーム４００ｄとなる。光ビーム４００ｄは、境界面での屈折によりＮＡが小さくなり、結果としてカテーテルシース３０１の方位方向のＮＡが駆動軸方向のＮＡに近づくため、断面形状はほぼ軸対称な円形状となっている。この作用によりビームウェストサイズが小さくなり、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
上述した第３乃至第５の実施形態においては、その特徴的構成である第２もしくは第３の光学部品が光ビームを直角に（略直角を含む）反射する（折り曲げる）ものである点で、説明を簡単にするため、ボールレンズまたはスペーサの反射斜面の角度を概ね４５°としているが、光ビームを完全な直角に折り曲げると、カテーテルシース内表面からの反射ノイズが発生するため、Ｓ／Ｎ比が増加する原因となる。
そのため、側方に折り曲げる光ビームはカテーテルシースの先端側にやや傾斜した方向に向けることが望ましい。この場合の好適なボールレンズまたはスペーサの仰角は３９〜４２°である。更に、ボールレンズまたはスペーサの反射面を全反射ミラーとするため、反射面にアルミや金などのコーティングを行うことができるが、実施形態における光干渉断層画像診断装置において、波長１３１０ｎｍの光を用いれば、光学材料（ガラス）の空気界面での臨界角は４３°であるため、それより小さい角度の反射角であれば、空気界面で全反射する。従って、このような波長の光を測定光として用いる場合であれば、反射面にコーティングを行わなくてもよい。
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかるカテーテル装置によれば、スペーサ２９０１の斜面２９０２を駆動軸方向に外側に凸曲面となるように形成し、スペーサ２９０１の出射面が方位方向に外側に凸曲面となるように形成することで、カテーテルシース３０１を通過した光ビームの断面形状がほぼ軸対称な円形状となる。この結果、断面画像の方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
第１乃至第５の実施形態のカテーテル装置（光プローブ）は、上述したとおり、測定光を駆動軸方向とその方位角方向とで相対的に異なる集束率または発散率となるようアスペクト比を補正することによって、測定光の断面形状が楕円状となるように出射することで、光透過性のカテーテルシースを通過することによる影響を最小限に減らし、診断画像を得るための好適な信号を取得することができるものである。
具体的には、上述した各実施形態で述べたとおり、光の断面形状が、駆動軸方向が長軸、方位方向が短軸な楕円形状となるように補正するものであり、そのため、方位方向の集束率を長軸方向より高めるか、長軸方向の発散率を方位方向より高める補正が行われるのが望ましい。

Claims (11)

  1. 体腔内に挿入されるシース内において回転駆動する光ファイバを有する駆動シャフトと、該光ファイバの先端部に取り付けられた光学部品と、を備え、前記光ファイバ内を伝送された光を前記光学部品より、前記体腔内の生体組織に向けて出射する光プローブであって、
    前記光ファイバ内を伝送され前記光学部品より出射される光が、前記シースを介して生体組織に照射された場合に、該照射された光の前記駆動シャフトの駆動軸方向の径と、該駆動シャフトの駆動軸を中心とする方位角方向の径との差が小さくなるように、前記光学部品が、該光の光路上において、該光を、該駆動軸方向と該方位角方向とで相対的に異なる集束率または発散率となるように補正することを特徴とする光プローブ。
  2. 前記光学部品は、前記光ファイバ内を伝送された光を集束するロッドレンズと、該集束された光の進行方向を略直角に曲げるプリズムと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
  3. 前記集束された光の進行方向を略直角に曲げるための前記プリズムの反射面が、前記方位角方向に凹曲面を形成していることを特徴とする請求項２に記載の光プローブ。
  4. 前記略直角に曲げられた光が出射する前記プリズム内の出射面が、前記方位角方向に凸曲面を形成していることを特徴とする請求項２に記載の光プローブ。
  5. 前記光学部品は、前記光ファイバ内を伝送された光の進行方向を略直角に曲げる反射面を有すると共に該発散された光を集光するボールレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
  6. 前記反射面が、前記方位角方向に凹曲面を形成していることを特徴とする請求項５に記載の光プローブ。
  7. 前記反射面が、前記駆動軸方向に凸曲面を形成していることを特徴とする請求項５に記載の光プローブ。
  8. 前記光学部品は、前記光ファイバ内を伝送された光を発散するとともに、該発散された光の進行方向を略直角に曲げる反射面を有するスペーサを備え、前記反射面は、前記駆動軸方向に凸曲面を形成し、前記略直角に曲げられた光が出射する前記スペーサ内の出射面は、前記方位角方向に凸曲面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
  9. 前記光学部品は、前記光ファイバの先端部に一体形成して取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
  10. 前記凹曲面または凸曲面は、研削加工により形成されていることを特徴とする請求項３、４、６、７、８のいずれか１項に記載の光プローブ。
  11. 前記凹曲面または凸曲面は、モールド成型により形成されていることを特徴とする請求項３、４、６、７、８のいずれか１項に記載の光プローブ。
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