JP3766754B2

JP3766754B2 - 医療用内視鏡

Info

Publication number: JP3766754B2
Application number: JP21483398A
Authority: JP
Inventors: 茂信岩橋; 茂樹有浦; 伸牧; 到大久保; 雅博 ▲ぬで▼島
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP2000023907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用内視鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体腔を利用して、または小切開を施して生体内管腔に挿入して、管腔、臓器などを検査、診断、処置、治療するために、内視鏡が広く用いられている。内視鏡には、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子を撮像手段として用いた電子内視鏡や、ロッドレンズや石英ガラス製の光ファイバーよりなるイメージガイドを画像伝達手段に用いた光学内視鏡などがある。
【０００３】
このような内視鏡に対しては、正確な検査、診断、処置、治療をするため、解像度を高めることが要求される。また、狭く、曲がった管腔内に挿入するために、内視鏡の挿入部の外径はできるだけ細くかつ可とう性に富むことが要求される。
【０００４】
電子内視鏡は画素数の増大を追求することによって解像度を高めることができる。これにより、より正確な検査、診断、処置、治療を可能にすることができる。
【０００５】
しかし、電子内視鏡では、撮像素子を先端部に設けるため、外径を小さくすることが困難である。このような外径を細径化できない内視鏡では、例えば末梢血管のような狭い管腔内に挿入することが困難である。また、たとえ挿入できたとしても、管腔部の擦過傷や穿孔を引き起こしやすいなどの問題点が生じる。
【０００６】
また、ロッドレンズを用いた光学内視鏡では、その光学的特性上挿入部を曲げることができない。
【０００７】
また、石英ガラス製の光ファイバーよりなるイメージガイドを用いた光学内視鏡では、可とう性に乏しいため湾曲により画素欠陥が生じやすい。さらに、石英ガラス製の光ファイバーは高価である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、細径化に有利であり、可とう性に富み、また、解像度が優れた医療用内視鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（６）の本発明により達成される。
【００１０】
（１）ポリメチルメタクリレート製のクラッド内に複数のポリスチレン製のコアが分散して埋入された光ファイバーで構成されたイメージガイドを有する医療用内視鏡であって、
前記光ファイバーの直径が０．２〜２ｍｍであり、
前記光ファイバーにおける前記コアの直径が３〜５．９μｍで、かつ、隣接する前記コア同士の中心間距離が６μｍ以下であり、
前記光ファイバーの限界曲率半径Ｒminが２．５ｍｍ以下であることを特徴とする医療用内視鏡。
【００１１】
（２）前記コアの直径をｄ［μｍ］、隣接する前記コア同士の中心間距離をａ［μｍ］としたとき、ｄ＋１μｍ≦ａの関係を満足する上記（１）に記載の医療用内視鏡。
【００１２】
（３）前記イメージガイドにおける前記コアの占有率が４０〜５０％である上記（１）または（２）に記載の医療用内視鏡。
【００１３】
（４）さらにライトガイドを備えた上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の医療用内視鏡。
【００１４】
（５）前記ライトガイドがプラスチック製光ファイバーで構成されている上記（４）に記載の医療用内視鏡。
【００１５】
（６）医療用内視鏡の先端部外径が２ｍｍ以下である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の医療用内視鏡。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の医療用内視鏡を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の医療用内視鏡の実施例を示す全体側面図、図２は、図１に示す医療用内視鏡の先端部の縦断面図、図３は、図１に示す医療用内視鏡の先端部の先端前面図である。図４は、イメージガイド４の横断面図、図５は、イメージガイド４を湾曲させた状態を示す平面図である。以下の説明において、図１および図２中の左側を「基端」、右側を「先端」という。
【００１８】
図１に示すように、医療用内視鏡１は、操作部８とその先端側に接続された挿入部７とで構成されている。
【００１９】
操作部８の基端側には、接眼部９が設けられている。また、操作部８の側方には、ライトコネクタ１０が突出している。
【００２０】
図２に示すように、挿入部７の外側は、シース１２で被覆されている。
シース１２内には、挿入部７のほぼ全長にわたってイメージガイド４とライトガイド５が配設されている。図３に示すように、このライトガイド５は、イメージガイド４とシース１２の間隔を埋めるように配置されている。
【００２１】
図２に示すように、イメージガイド４の先端には、対物レンズ１１が装着されている。
【００２２】
以下、これらの各構成要素について説明する。
操作部８は、把持して医療用内視鏡１全体を操作する部分である。
接眼部９は、画像を観察するためのものである。
【００２３】
ライトコネクタ１０は、医療用内視鏡１を光源装置（図示せず）に接続するためのものである。このライトコネクタ１０を介して、光源装置から供給された光がライトガイド５に供給される。
【００２４】
挿入部７は、検査、診断、処置、治療等をするために管腔内に挿入される部分である。挿入部７の先端部分を生体管腔内の形状部分に沿うように適宜湾曲させて目的部位まで挿入することにより、検査、診断、処置、治療等を行うことができる。
【００２５】
シース１２は、管腔内に挿入したときに、挿入部７の内容物が生体組織と接触しないようにするとともに、イメージガイド４やライトガイド５などを保護する機能を有するものである。
【００２６】
シース１２の材質は特に限定されないが、挿入部７を細径化するために、薄層チューブを使用することが好ましい。薄層チューブとしては、例えば、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどで構成されたものが挙げられる。
【００２７】
イメージガイド４は対物レンズ１１により結像した被写体の像を接眼部９へ伝送するための導光体である。
なお、イメージガイド４の詳細については後述する。
【００２８】
ライトガイド５は、暗部観察時に必要な照明光を照射するためのもので、光源装置（図示せず）から照射された光を先端部６の前方へ導光する。
【００２９】
ライトガイド５は、照明光を導光することができるものであればよいが、効率よく導光する観点からは光ファイバーであることが好ましい。この光ファイバーの材質は特に限定されないが、後述するようにイメージガイド４は可とう性が優れている（Ｒ_minが小さい）ので、その機能を十分に発揮させるために、プラスチック製であることが好ましい。これにより、内視鏡全体に優れた可とう性が得られる。
【００３０】
プラスチックの種類としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリクロロスチレン等が挙げられる。
【００３１】
対物レンズ１１は、被写体の像をイメージガイド４の入射端に結像させるためのものである。
【００３２】
対物レンズ１１は、被写体の像を結像させることができるものであれば種類は問わないが、ロッドレンズを用いることが好ましい。イメージガイド４への装着を容易にすることができるからである。
【００３３】
以下、本発明の医療用内視鏡１に用いられるイメージガイド４について図４に基づき詳述する。
【００３４】
イメージガイド４は光ファイバーで構成されており、図４に示すようにクラッド２内に複数のコア３が分散して埋入されている。
【００３５】
イメージガイド４の直径Ｄは、０．２〜２mmであることが好ましく、０．２〜１mmであることがより好ましい。イメージガイド４の直径Ｄがこの範囲の上限値を超えると、挿入部７の外径が大きくなり、細径化が困難となる。一方、下限値未満であると、コア３の直径や配設度等の各条件によっては画素数が減少し、解像度が低下する場合があるからである。
【００３６】
クラッド２の材質はプラスチックが好ましい。クラッド２を構成するプラスチック材料の種類はクラッドとしての機能を発揮するものであれば特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリアミド等が挙げられる。
【００３７】
コア３の材質はプラスチックである。コア３を構成するプラスチック材料の種類はコアとしての機能を発揮するもの、すなわち、クラッド２よりも屈折率が大きいものであれば特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、スチレンアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリクロロスチレン等が挙げられる。
【００３８】
コア３の屈折率ｎ₁とクラッド２の屈折率ｎ₂の屈折率差ｎ₁−ｎ₂は、０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。下限値未満であると、臨界角が大きくなり、像のにじみや漏光（クロストーク）が増加する場合があり、また、クラッド２の厚みを薄くし、画素数を増やすことが困難となる場合があるからである。
【００３９】
隣接するコア３同士の中心間距離ａ（以下、「コア中心間距離ａ」という。）は、コア３の直径をｄとしたとき、ｄ＋１μm ≦ａ≦６μm を満足することが好ましく、ｄ＋１μm ≦ａ≦５．５μm を満足することがより好ましい。コア中心間距離ａがこの範囲の上限値を超えると、イメージガイド４の直径Ｄを小さくした場合等に、画素が粗くなり、解像度が低下するからである。一方、下限値未満だと、隣接するコア３間のギャップ（クラッド２の厚さ）が小さくなり、クロストークが生じ、伝送する像を劣化させる場合があるからである。
【００４０】
コア３の直径ｄは、３〜５．９μm であることが好ましく、３．５〜４．５μm であることがより好ましい。コア３の直径ｄがこの範囲の上限値を超えるとコア中心間距離ａを小さくすることができず、解像度を上げることができない場合があるからである。一方、下限値未満だと製造上困難である。
【００４１】
イメージガイド４におけるコア占有率（＝各コアの横断面積の総計／光ファイバーの横断面積×１００）は、３０〜６０％が好ましく、４０〜５０％がより好ましい。コア占有率がこの範囲の上限値を超えると、前記と同様の理由から、クロストークが生じ、伝送する像を劣化させる場合があるからである。一方、下限値未満だと、画素が粗くなり、解像度が低下する場合があるからである。
【００４２】
イメージガイド４の限界曲率半径Ｒminは、２．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４３】
ここで限界曲率半径Ｒ_min とは、図５に示すようにイメージガイド４を半径Ｒの円柱１３に一周（３６０°）巻き付けたときに、コア３またはクラッド２の伸び、損傷などが原因で、導光量の低下や画素欠陥増加などの異常が生じない最小の半径をいう。
【００４４】
イメージガイド４の限界曲率半径Ｒ_min がこの上限値を超えると、可とう性が劣り、管腔内への挿入がし難くなる場合がある。
【００４５】
イメージガイド４の長さは、０．１〜５ｍ程度が好ましく、０．１〜３ｍ程度がより好ましく、０．１〜１ｍ程度がさらに好ましい。イメージガイド４の長さがこの範囲の上限値を超えると、伝達する情報量（信号、画像等）の低下が大きくなり、使用することが困難となる場合があるからである。一方、下限値を下回ると、汎用性に乏しくなる場合があるからである。
【００４６】
以上述べたように、本発明によれば、細径化に有利であり、可とう性に富み、また、解像度が優れたイメージガイドおよびこれを備えた医療用内視鏡を得ることができる。
【００４７】
特に、イメージガイド４におけるコア中心間距離ａを６μｍ以下にすることにより、画素密度が高まり、優れた解像度が得られる。また、コア３およびクラッド２の材質をプラスチックとすることにより、優れた可とう性を得ることができる。さらに、コア３の直径ｄを５．９μｍ以下にすると、コア中心間距離ａを小さくすることができ、解像度をより高くすることができる。さらに、イメージガイド４のコア占有率を４０〜５０％にすると、良質かつ優れた解像度の像を得ることができる。さらに、イメージガイド４の限界曲率半径Ｒminを２．５ｍｍ以下にすると、可とう性がさらに優れた医療用内視鏡１を得ることができる。さらに、コア３の材質をプラスチックとすることにより、石英製の光ファイバーに比べて安価に医療用内視鏡１を製造することができる。
【００４８】
特に、イメージガイド４の直径Ｄを２mm以下にすると、細径の医療用内視鏡１を製造することができる。さらに、シース１２を薄層チューブにすると、より細径化した医療用内視鏡１を製造することができる。特に、医療用内視鏡１の先端部６の外径を２mm以下にすると、狭い管腔内への挿入が容易となる。さらに、ライトガイド５をプラスチック製光ファイバーとすると、可とう性のより優れた医療用内視鏡１を得ることができ、湾曲による内視鏡の損傷を低減することができる。また、医療用内視鏡１に前記イメージガイド４を用いているので、高性能な医療用内視鏡１を安価に製造することができる。
【００４９】
そして、このような医療用内視鏡１を使用すると、挿入部７が細径でかつ可とう性に富んでいるため、管腔内への挿入が容易となり、安全性も高く、また、優れた解像度により正確な検査、診断、処置、治療等が容易にできるようになる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明を具体的実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００５１】
（実施例１）
直径１．５２mm、長さ２ｍの光ファイバーをイメージガイドとして用いた。この光ファイバーは、図４に示すように、クラッド材中に５０，０００本のコアを均一に分散して埋入したものである。
【００５２】
この光ファイバーのクラッドの材質はポリメチルメタクリレートであり、コアの材質はポリスチレンであり、コア中心間距離ａは５．９μm であり、コアの直径ｄは４．２μm であり、コア占有率は３８％であった。
これらの条件を、下記表１に記す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
次に、この光ファイバーの両端面を研磨し、この光ファイバーを直線状態になるように保持しつつ、その一端を光源に接続し、他端を照度計に接続して導光量を測定した。
【００５５】
次に、この光ファイバーの長手方向のほぼ中間の位置において半径Ｒ＝１．５mmのピンケージ（円柱）に一周（３６０°）巻き付け、その状態で同様に導光量を測定した。
【００５６】
次に、この光ファイバーの一端面から前記と同様に導光しながら、他端面において顕微鏡（１００倍）により観察し、画素欠陥の有無を確認した。
【００５７】
その結果、直線状と曲率半径Ｒ＝１．５mmのループを形成した場合での導光量の変化は確認できなかった。また、同様にループを形成した状態で画像を観察したが、画素欠陥等の異常はみられなかった。これにより、本実施例における光ファイバーは、限界曲率半径Ｒ_min が１．５mm以下であることが確認された。
【００５８】
次に、この光ファイバーをイメージガイドとして用い、図１〜図３に示す構造の本発明の医療用内視鏡を製造した。
【００５９】
ライトガイドには、ポリメチルメタクリレートからなる光ファイバーを用い、外径５０μmで導光性と可とう性に優れた性質を有するものを使用した。
この医療用内視鏡の挿入部の先端部外径は２mmであった。
【００６０】
挿入部を医療用内視鏡の操作部に接続し、ライトコネクタと光源装置とを光ファイバーケーブルで接続した。
【００６１】
そして、動物実験において、この内視鏡を実験動物の気管内に挿入して観察したところ、気管支末梢まで容易に挿入でき、また、高精細な画像を得ることができた。
【００６２】
また、この医療用内視鏡を手で曲げてみたところ、可とう性に優れるものであった。
【００６３】
（実施例２）
光ファイバーの条件を、直径０．９５mm、２０，０００画素、コア中心間距離ａを５．６μm 、コアの直径ｄを４．１μm 、コア占有率を３８％としたこと以外は実施例１と同様の光ファイバー（イメージガイド）を用いた。
この光ファイバーに関する条件を表１に記す。
【００６４】
次に、実施例１と同様の実験を行ったところ、導光量の低下や画素欠陥等の異常は見られなかった。
【００６５】
これにより、本実施例の光ファイバーは、限界曲率半径Ｒ_min が１．５mm以下であることが確認された。
【００６６】
次に、この光ファイバーをイメージガイドとして用い、実施例１と同様の方法により、医療用内視鏡を製造した。この医療用内視鏡を用いて気管支末梢を観察したところ、高精細な画像を得ることができた。
【００６７】
また、この医療用内視鏡を手で曲げてみたところ、実施例１よりもさらに可とう性に優れるものであった。
【００６８】
（実施例３）
光ファイバーの条件を直径０．４７mm、６，０００画素、コア中心間距離ａを５．５μm 、直径ｄを４μm 、コア占有率を４３％としたこと以外は実施例１と同様の光ファイバーを用いた。
この光ファイバーに関する条件を表１に記す。
【００６９】
次に、実施例１と同様の実験を行ったところ、導光量の低下や画素欠陥等の異常は見られなかった。
【００７０】
これにより、本実施例の光ファイバーは、限界曲率半径Ｒ_min が１．５mm以下であることが確認された。
【００７１】
次に、この光ファイバーをイメージガイドとして用い、実施例１と同様の方法により、医療用内視鏡を製造した。この医療用内視鏡を用いて気管支末梢を観察したところ、高精細な画像を得ることができた。
【００７２】
また、この医療用内視鏡を手で曲げてみたところ、実施例１、２よりもさらに可とう性に優れるものであった。
【００７３】
（比較例１）
直径１mm、長さ２ｍ、２０，０００画素、コア中心間距離ａは５．７μm 、コアの直径ｄは４．２μm 、コア占有率は３５％であり、石英ガラス製のコアを有する光ファイバーを用いた。
この光ファイバーに関する条件を表１に記す。
【００７４】
この光ファイバーを直線状の状態で、実施例１と同様の方法により導光量を調べ、画像を観察した。
【００７５】
次に、半径３０mmの円柱に一周（３６０°）巻き付けて、同様の方法により導光量を測定したところ、直線状態と比較して約１０％の導光量低下が確認され、直線状態に戻しても導光量は低下したままであった。また、画像を観察したところ、約１０％の画素欠陥が確認された。よって、この石英ガラス製の光ファイバーは、限界曲率半径Ｒ_min が３０mm以上であることが確認された。
【００７６】
次に、上記条件を有する石英ガラス製の光ファイバーをイメージガイドとして用い、医療用内視鏡を製造した。
【００７７】
この医療用内視鏡を手で曲げてみたところ、実施例１〜３の医療用内視鏡に比べ可とう性が劣るものであった。
【００７８】
（比較例２）
コア中心間距離ａが８μm であり、コアの直径ｄが６μm であり、３，０００画素、コア占有率が４９％であり、それ以外は実施例３と同様の光ファイバーをイメージガイドとして用いた。
この光ファイバーに関する条件を表１に記す。
【００７９】
次に、直線状の状態で、実施例３と同様の装置で導光された画像を観察した。
その結果、実施例３に比べて画像の解像度が劣っていることが確認された。解像度が低い原因は、コアの配設密度が低いことによるものと考えられる。
【００８０】
次に、この光ファイバーをイメージガイドとして用い、医療用内視鏡を製造した。この医療用内視鏡を用いて、前記と同様に観察を行ったところ、解像度が低く、気管支末梢の細部を明瞭に見ることができなかった。
【００８１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、細径化に有利であり、可とう性に富み、また、解像度が優れた高性能の医療用内視鏡を提供することができる。
【００８２】
特に、イメージガイドのコアの直径を５．９μm 以下にすると、隣接するコアどうしの中心間距離をより小さくすることができ、解像度をさらに高くすることができる。
【００８４】
さらに、コアの材質をプラスチックとすることにより、石英製の光ファイバーに比べて安価に医療用内視鏡を製造することができる。
【００８５】
特に、イメージガイドの直径を２mm以下にすると、細径の医療用内視鏡を製造することができる。
【００８６】
さらに、医療用内視鏡の先端部外径を２mm以下にすると、狭い管腔内への挿入が容易となる。
【００８７】
さらに、ライトガイドをプラスチック製光ファイバーとすると、可とう性のより優れた医療用内視鏡を得ることができ、湾曲による内視鏡の損傷を低減することができる。
【００８８】
そして、このような医療用内視鏡を使用すると、挿入部が細径でかつ可とう性に富んでいるため、管腔内への挿入が容易となり、安全性も高く、また、優れた解像度により、正確な検査、診断、処置、治療等が容易にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の医療用内視鏡の実施例を示す全体側面図である。
【図２】図１に示す医療用内視鏡の先端部の縦断面図である。
【図３】図１に示す医療用内視鏡の先端部の先端前面図である。
【図４】イメージガイドの横断面図である。
【図５】イメージガイドを湾曲させた状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１医療用内視鏡
２クラッド
３コア
４イメージガイド
５ライトガイド
６先端部
７挿入部
８操作部
９接眼部
１０ライトコネクタ
１１対物レンズ
１２シース
１３円柱

Claims

ポリメチルメタクリレート製のクラッド内に複数のポリスチレン製のコアが分散して埋入された光ファイバーで構成されたイメージガイドを有する医療用内視鏡であって、
前記光ファイバーの直径が０．２〜２ｍｍであり、
前記光ファイバーにおける前記コアの直径が３〜５．９μｍで、かつ、隣接する前記コア同士の中心間距離が６μｍ以下であり、
前記光ファイバーの限界曲率半径Ｒminが２．５ｍｍ以下であることを特徴とする医療用内視鏡。
前記コアの直径をｄ［μｍ］、隣接する前記コア同士の中心間距離をａ［μｍ］としたとき、ｄ＋１μｍ≦ａの関係を満足する請求項１に記載の医療用内視鏡。
前記イメージガイドにおける前記コアの占有率が４０〜５０％である請求項１または２に記載の医療用内視鏡。
さらにライトガイドを備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の医療用内視鏡。
前記ライトガイドがプラスチック製光ファイバーで構成されている請求項４に記載の医療用内視鏡。
医療用内視鏡の先端部外径が２ｍｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の医療用内視鏡。