JP4647968B2 - 超音波内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、電子走査型ラジアル走査超音波内視鏡に関し、特に、複数の超音波探触子を外周面に円環状に配列された超音波探触子と信号伝送用同軸ケーブルとの接続方法に関する。

従来、ラジアル走査型の超音波内視鏡においては、電気的に走査を行う電子走査式と機械的に走査を行う機械走査式の２種類がある。電子走査式においては、一般に、ラジアル走査を行うための円筒形状に形成された超音波探触子と、光学観察を行うための内視鏡観察部とが極めて近傍に配置して一体的に固定され、超音波探触子の電気信号を伝送するための配線には、複数のフレキシブル基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が使用されている。

そして、超音波探触子に接続された複数のＦＰＣが鉗子チャンネルなどの内視鏡観察部を避けるようにして、複数のＦＰＣで円弧を形成するように配置された後、湾曲部よりも手元側（超音波内視鏡本体の操作部側）にて、信号ケーブル（同軸ケーブル）に接続されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、機械走査式においては、１つの超音波探触子を手元側などに設けたモータなどで挿入軸方向に回転させて走査を行うため、超音波探触子は、超音波探触子近傍に設けたベアリング等の回転軸受けの構造体により回転自在に取り付けられている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−３１４４０６号公報 特開平２−１１６３５８号公報

しかしながら、電子走査式の場合、超音波探触子に対する配線の接続が操作部側でなされている場合、ＦＰＣと同軸ケーブルとを接続する時、および挿入部にケーブル類のユニットを挿通する時、操作部方向に引張り力が加わると、超音波探触子とＦＰＣとの接続部がはずれてしまい、断線しやすいという問題点があった。

また、元々フラットな形状のＦＰＣを円弧状に丸めているため、滅菌消毒を行う際の熱変化、気圧変化によって、ＦＰＣの残留応力が変化し、解放され、超音波探触子との接続部、ケーブルとの接続部が断線する可能性があるという問題点があった。

また、ＦＰＣの断面は、角であり、断面が円である超音波内視鏡の挿入部内で束ねても、スペース上のロスが発生するという問題点があった。
また、湾曲部より操作部側に接続部が存在するため、この箇所で断線した場合、修理が難しいという問題点があった。

また、機械走査式の場合、観察窓と超音波探触子から放射される超音波（音軸）の軸間距離は、超音波探触子の寸法(直径)と超音波探触子近傍の回転軸受けの構造体で定まる。超音波探触子の直径は、超音波画像の深達度（超音波の到達距離）に関係するため、φ１０ｍｍ程度は必要である。これに加え、従来軸受け構造部材が必要になるため、観察窓と音軸の距離は、１０ｍｍ程度となる。そのため、光学像で見た体腔内の表面像と、その内部の超音波画像（断層像）とを一致させることが難しいという問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱的、機械的負荷に対して、超音波探触子と同軸ケーブルとが断線することのない超音波探触子を有する超音波内視鏡を提供することを目的にしている。

また、本発明は、配線スペースによる硬質部の長さを極力短くした超音波内視鏡を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の超音波内視鏡は、複数の圧電振動子と、音響放射面側の主面に積層されている音響整合層と、音響整合層の圧電振動子とは反対側の面に積層されている音響レンズと、圧電振動子の他方の主面に積層される背面負荷材からなる円筒形状の超音波探触子と、上記超音波探触子の一端側に配置される光学観察を行うための内視鏡観察部と、上記超音波探触子の送受信信号を伝送するための複数の配線を有する配線群とを備えた超音波内視鏡であって、上記配線群が、上記超音波探触子内を通るように配置され、上記超音波探触子の他端側で上記超音波探触子と接続されていることを特徴とする。

また、本発明の超音波内視鏡は、上記超音波探触子が、上記円筒形状を形成するための円環状のフレーム部材を、上記他端側の内側に有し、上記超音波内視鏡が、上記配線群が有する各配線を上記超音波探触子に接続するための、上記フレーム部材の内径より大きくかつ上記超音波探触子の内径より小さい外径の円環状の配線基板をさらに備え、上記配線基板が、上記超音波探触子の上記他端側において、上記フレーム部材に係止することが望ましい。

また、本発明の超音波内視鏡は、上記超音波探触子が、上記円筒形状を形成するための円環状のフレーム部材を、上記他端側の内側に有し、上記超音波内視鏡が、上記配線群が有する各配線を上記超音波探触子に接続するための、上記フレーム部材の内径より小さい外径の円環状の配線基板と、上記超音波探触子の上記他端側において、上記配線基板を上記フレーム部材に係止するための係止部材とをさらに備えることが望ましい。

また、本発明の超音波内視鏡は、上記超音波内視鏡が、上記超音波探触子を覆うバルーン部材をさらに備え、上記バルーン部材または上記音響レンズは、上記音響レンズから出力される超音波の進行方向と上記バルーン部材とが直交しないように配設されることが望ましい。

本発明によれば、軸受け構造体がなくなり、超音波探触子と同軸ケーブルとの接続が超音波内視鏡挿入部の先端部分でなされるので、体内に挿入する超音波内視鏡の先端部分の硬質部長を短くすることができ、患者にとって負担の少ない超音波内視鏡を得ることが可能となる。

また、本発明によれば、超音波探触子と同軸ケーブルとの接続が超音波内視鏡挿入部の先端部分でなされるので、超音波を収束する音響レンズを超音波内視鏡の先端部分の操作部側に配置することができ、音響レンズから送受信される超音波の進行方向とバルーン部材とが直交しないようにすることが出来るため、バルーン部材による多重反射を軽減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
図１は、超音波内視鏡の全体構造を示す図である。
図１において、超音波内視鏡１は、体腔内に挿入される細長の挿入部１１と、上記挿入部１１の基端側に位置する操作部１２と、上記操作部１２の側部から延出するユニバーサルコード１３とを備えている。

上記ユニバーサルコード１３の基端部には、照明光を供給する不図示の光源部に接続されるスコープコネクター１４が設けられている。上記スコープコネクター１４からは、超音波探触子の駆動および受信信号の各種信号処理を行って超音波診断画像を生成する不図示の超音波観察装置に電気的に接続される超音波コネクター１６を有する超音波コード１５が延出している。

上記挿入部１１は、先端側から順に硬質部材で形成した先端硬質部１７、上記先端硬質部１７の基端側に位置する湾曲自在な湾曲部１８、上記湾曲部１８の基端側に位置して上記操作部１２の先端側に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部１９を連設して構成されている。

図２は、先端硬質部の構造を示す図である。
図２において、先端硬質部１７は、超音波を発し観察対象である患部組織の音響インピーダンスの境界面で反射した超音波を受信する超音波探触子２１および患部組織表面を直接に光学観察を行うための内視鏡観察部２２を備えている。

内視鏡観察部２２は、照明光を患部組織表面へ導く照明レンズ２３と、患部組織表面で反射した反射光を集光する対物レンズ２４と、体腔内へ気体または液体を送気または送水するための送気兼送水口２５と、体腔内の気体または液体を吸引したり鉗子を取り付けたりするための吸引兼鉗子口２６とを備えている。

図３は、超音波探触子の構造を示す図である。
図３において、超音波探触子２１は、湾曲部１８内および可撓管部１９内を通って超音波内視鏡本体と間で電気信号を伝送するための複数の配線を有する配線群３１に接続された配線基板３２と、上記配線基板３２に接続され超音波を発する円筒形状の圧電振動子（図４参照）に繋がる基板３３と、上記圧電振動子の外側に形成され上記圧電振動子を保護するとともに外部との音響整合を図る音響整合層３４と、上記音響整合層３４の外側に形成され圧電振動子より送信された超音波を集束する音響レンズ３５とを備え、圧電振動子の内側には背面負荷材（図４参照）を備え、全体として円筒形状に形成されている。

図４は、超音波探触子の内部構造を示す図である。
図４において、超音波探触子２１は、配線群３１に接続された配線基板３２と、基板３３と、圧電振動子３６と、上記圧電振動子３６の外側に形成された音響整合層３４と、上記音響整合層３４の外側に形成された音響レンズ３５と、上記圧電振動子３６の内側に背面負荷材３８とを備えている。

配線群３１と配線基板３２とはケーブル４３を介して接続され、その接続部分はポッティング部材４４により覆われている。そして、配線基板３２と基板３３とはワイヤ４５を介して半田部４６によって接続され、基板３３は、接続部３７を介して圧電振動子３６に接続されている。これにより、電気信号が圧電振動子３６に伝送される。

また、配線基板３２には、配線群３１を囲う円筒形状のノーズピース４２が配設され、ノーズピース４２の内側にて配線群３１の一部がグランド線４７でアースしている。さらに、圧電振動子３６、基板３３、音響整合層３４、音響レンズ３５および背面負荷材３８の円筒形状を形成するための円環状のフレーム部材４１に、配線基板３２が係止されている。

次に、超音波探触子２１の製造工程を説明する。
まず、図５に示すように、配線群３１と配線基板３２とを接続し、配線群３１の配線基板３２側をノーズピース４２で囲う。この配線群３１の超音波内視鏡本体側を、円筒形状に積層した背面負荷材３８、基板３３、圧電振動子３６、音響整合層３４および音響レンズ３５の超音波内視鏡先端側から挿通する。

そして、図６に示すように、超音波内視鏡先端側のフレーム部材４１に配線基板３２を固定する。このとき、円環状の配線基板３２の外径は、フレーム部材４１の内径より大きく、かつ上記超音波探触子２１の内径、すなわち背面負荷材３８のより小さい。

次に、超音波探触子の変形例およびその製造工程を説明する。
この変形例は、上述の実施の形態と比較して、配線基板３２がフレーム部材４１に係止される代わりに、係止のための部材を用いている点が異なる。

まず、図７に示すように、円筒配線群３１と配線基板７３とを接続し、配線群３１の配線基板７３側をノーズピース７２で囲う。このノーズピース７２は、溝部７１を有している。次に、上述の実施の形態と同様に、この配線群３１の超音波内視鏡本体側を、円筒形状に積層した背面負荷材３８、基板３３、圧電振動子３６、音響整合層３４および音響レンズ３５の超音波内視鏡先端側から挿通する。

そして、図８に示したような係止部材８１を溝部７１に勘合し、図９に示すように、超音波内視鏡先端側のフレーム部材４１に係止部材８１を用いて配線基板７３を固定する。このとき、円環状の配線基板７３の外径は、上記超音波探触子２１の内径、すなわち背面負荷材３８のより小さく、かつフレーム部材４１の内径より小さいが、溝部７１に勘合した係止部材８１により配線基板７３はフレーム部材４１に固定される。

以上説明したように、湾曲部１８内および可撓管部１９内を通って電気信号を伝送するための複数の配線を束ねて配線群３１を形成したので、その断面を最小面積とすることができる。さらに、上記配線群３１を円筒形状に積層した背面負荷材３８の内側に超音波内視鏡先端側から挿通して超音波内視鏡先端側で配線基板３２と接続したので、配線群３１を超音波内視鏡先端側よりも操作部１２側で細くすることができるとともに、超音波探触子２１を製造する際、配線群３１と配線基板３２との接続部分に余計な負荷がかからない。

図１０に示したように、上記配線群３１を円筒形状に積層した背面負荷材３８の内側に超音波内視鏡先端側で配線基板３２と接続し軸受け構造部材がなくなったため、超音波探触子２１から発せられる超音波の進行方向を示す音軸１０１と対物レンズ２４との間隔である軸間距離１０２を短縮することができるとともに、体内に挿入する超音波内視鏡の先端部１７の硬質長さを短くすることができる。

また、超音波探触子２１を覆うバルーン部材１１１をバルーン取付溝１１２ａ、１１２ｂに取り付けた場合、上記配線群３１を円筒形状に積層した背面負荷材３８の内側に超音波内視鏡先端側で配線基板３２と接続したので、図１１に示したように、バルーン部材１１１を膨らませた状態において、音軸１０２がバルーン取付溝１１２ａとバルーン取付溝１１２ｂとの間の距離であるバルーン取付溝間距離１１３の中央に位置せず、音軸１０２がバルーン部材１１１の壁面と直交しない。これは多重エコーの低減に貢献することを意味する。

以上本発明の実施の形態を図面を用いて説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

超音波内視鏡の全体構造を示す図である。 先端硬質部の構造を示す図である。 超音波探触子の構造を示す図である。 超音波探触子の内部構造を示す図である。 超音波探触子の製造工程を説明するための図（その１）である。 超音波探触子の製造工程を説明するための図（その２）である。 超音波探触子の変形例の製造工程を説明するための図（その１）である。 超音波探触子の変形例の係止部材を示す図である。 超音波探触子の変形例の製造工程を説明するための図（その２）である。 対物レンズと音軸との位置関係を説明するための図である。 バルーン部材と音軸との位置関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 超音波内視鏡
１１ 挿入部
１２ 操作部
１３ ユニバーサルコード
１４ スコープコネクター
１５ 超音波コード
１６ 超音波コネクター
１７ 先端硬質部
１８ 湾曲部
１９ 可撓管部
２１ 超音波探触子
２２ 内視鏡観察部
２３ 照明レンズ
２４ 対物レンズ
２５ 送気兼送水口
２６ 吸引兼鉗子口
３１ 配線群
３２ 配線基板
３３ 基板
３４ 音響整合層
３５ 音響レンズ
３６ 圧電振動子
３７ 接続部
３８ 背面負荷材
４１ フレーム部材
４２ ノーズピース
４３ ケーブル
４４ ポッティング樹脂
４５ ワイヤ
４６ 半田部
４７ グランド線
７１ 溝部
７２ ノーズピース
７３ 配線基板
８１ 係止部材
１０１ 音軸
１０２ 軸間距離
１１１ バルーン部材
１１２ａ バルーン取付溝
１１２ｂ バルーン取付溝
１１３ バルーン取付溝間距離

Claims (2)

1. 複数の圧電振動子と、音響放射面側の主面に積層されている音響整合層と、音響整合層の圧電振動子とは反対側の面に積層されている音響レンズと、圧電振動子の他方の主面に積層される背面負荷材からなる円筒形状の超音波探触子と、
   前記超音波探触子の一端側に配置される光学観察を行うための内視鏡観察部と、
   前記超音波探触子の送受信信号を伝送するための複数の配線を有する配線群と、
   を備えた超音波内視鏡であって、
   前記配線群は、前記超音波探触子内を通るように配置され、前記超音波探触子の他端側で前記超音波探触子と接続されており、
   前記超音波探触子は、前記円筒形状を形成するための円環状のフレーム部材を、前記他端側の内側に有し、
   前記超音波内視鏡は、
   前記配線群が有する各配線を前記超音波探触子に接続するための、前記フレーム部材の内径より小さい外径の円環状の配線基板と、
   前記超音波探触子の前記他端側において、前記配線基板を前記フレーム部材に係止するための係止部材と、
   をさらに備えることを特徴とする超音波内視鏡。
2. 前記超音波内視鏡は、前記超音波探触子を覆うバルーン部材をさらに備え、
   前記バルーン部材または前記音響レンズは、前記音響レンズから出力される超音波の進行方向と前記バルーン部材とが直交しないように配設されることを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。