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Die
Erfindung betrifft ein Ultraschallendoskop, das Ultraschallwellen
für die
Diagnose erkrankten Gewebes einsetzt. Insbesondere betrifft die
Erfindung die Konstruktion des distalen Endes des Ultraschallendoskops.
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Ein
Ultraschallendoskop hat an seinem distalen Ende eine Ultraschallsonde
mit Ultraschallvibratoren, die Ultraschallwellen erzeugen. Die Ultraschallsonde
sendet Ultraschallwellen aus und empfängt deren Echos.
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Für das Abtastverfahren
wird eine Radialabtastung oder eine Linearabtastung angewendet.
Zum Diagnostizieren eines Organs, z.B. einer Körperhöhle, in das das Ultraschallendoskop
nicht eingeführt werden
kann, wird die Radialabtastung vorgenommen. Das Endoskop wird dabei
so in Richtung des Organs eingeführt,
dass es an dieses angrenzt, wobei von der Ultraschallsonde radial
Ultraschallwellen ausgesendet werden. Üblicherweise wird eine Radialabtastung
mechanischer Art vorgenommen, bei der eine Reihe von Ultraschallvibratoren
in einer Linie längs
der Sondenachse angeordnet sind und um diese Achse umlaufen, um
so die Ultraschallwellen radial auszusenden.
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Bei
der Radialabtastung mechanischer Art kann jedoch kein Farbbild,
das zum Teil rot (R), grün (G)
und blau (B) gefärbt
und für
die Diagnose erkrankter Teile besonders wirkungsvoll ist, auf dem Monitor
dargestellt werden.
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Ferner
ist bei einem Ultraschallendoskop an dessen distalem Ende eine starre
oder harte Ultraschallsonde vorgesehen. Wird das Endoskop auf den zu
betrachteten Teil zubewegt, so ist es deshalb wichtig, durch die
Berührung
mit dem distalen Ende keinen Schmerz zu verursachen. Um dies zu
erleichtern, muss der Biegeteil eine weit besseres Ansprechverhalten
auf eine Betätigung
des Benutzers zeigen, als dies bei einem normalen Endoskop erforderlich
ist.
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Ein
Ultraschallendoskop der oben beschriebenen Art ist aus Druckschrift
US 4 860 758 bekannt. Zum
Stand der Technik wird ferner auf die Druckschrift
DE 37 16 964 C2 verwiesen,
in der ein Ultraschallendoskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 offenbart ist. Schließlich
wird auf die Druckschriften
DE
42 07 577 A1 und
DE
195 39 163 A1 verwiesen, aus denen die Verwendung von flexiblen,
einstückigen
Leiterplatten bei Ultraschallendoskopen bekannt ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ultraschallendoskop anzugeben, das ein
für die
Diagnose effizient nutzbares Bildes liefert, ohne das Ansprechverhalten
des Biegeteils zu verschlechtern.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch das Ultraschallendoskop mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen sowie
der folgenden Beschreibung angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Ultraschallendoskop dient
der Durchführung
einer elektronischen Radialabtastung. Ein als ein Rohr ausgebildeter
Biegeteil ist an die Spitze eines flexiblen Rohrs angeschlossen,
das in den Körper,
z.B. in ein Organ eingeführt wird.
Das flexible Rohr ist normalerweise an ein Bedienteil des Endoskops
angeschlossen. Die Bedienperson, z.B. ein Arzt, biegt den Biegeteil
durch Manipulieren eines Bedienknopfs, der in Wirkverbindung mit
dem Biegeteil steht. Der Biegeteil wird also fernbetätigt gebogen.
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Der
Biegeteil wird längs
zwei vorbestimmter Richtungen gebogen. Normalerweise wird der Biegeteil
in Auf/Ab-Richtung und in Links/Rechts-Richtung gebogen. Diese Richtungen
sind senkrecht zueinander. Die Auf/Ab-Richtung und die Links/Rechts-Richtung
durch die Haltestellung des Bedienteils, der Verbindung zwischen
Bedienteil und flexiblem Rohr etc. festgelegt. Der Bedienknopf zum
Biegen des Biegeteils nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts
befin det sich an dem Bedienteil. Die Bedienperson betätigt den
Bedienknopf nach Bedarf. Beispielsweise besteht der Bedienknopf
aus einem Auf/Ab-Knopf zum Biegen des Biegeteils in Auf/Ab-Richtung
und einem Links/Rechts-Knopf zum Biegen des Biegeteils in Links/Rechts-Richtung.
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Das
Ultraschallendoskop ist ein Endoskop vom Lichtleitertyp, d.h. ein
Fiberendoskop, oder ein Endoskop vom Videotyp, d.h. ein Videobeobachtungsgerät (Videoendoskop).
Im Falle eines Endoskops vom Videotyp wird das Endoskop an einen
Videoprozessor mit Lichtquelle und Signalschaltungen sowie an eine
Ultraschall-Diagnoseeinrichtung
angeschlossen. Am distalen Ende des Endoskops ist ein Bildsensor
vorgesehen. In dem Endoskop sind ferner ein mit dem Bildsensor verbundenes
Bildsignalkabel, ein Lichtleitfaserbündel für die Lichtquelle, ein Zuführrohr für Flüssigkeit
oder Luft sowie ein Instrumentenrohr zum Einführen eines Instrumentes, z.B.
einer Zange, angeordnet. Im Falle eines Fiberendoskops wird dieses
an eine Lichtquelleneinheit und dann an die Ultraschall-Diagnoseeinrichtung
angeschlossen. An Stelle des Bildsignalkabels befindet sich in dem Endoskop
ein Lichtleitfaserbündel
zur optischen Übertragung
des Objektbildes. Das Lichtleitfaserbündel für die Lichtquelle und das Zuführrohr können jeweils
zwei Faserbündel
bzw. zwei Zuführrohre
enthalten.
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Mit
dem Biegeteil steht eine Ultraschallsonde zur elektronischen Radialabtastung
in Wirkverbindung. Beispielsweise ist ein starrer Spitzenbasisteil mit
dem Biegeteil verbunden und das Ultraschallendoskop an dem Spitzenbasisteil
angebracht.
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Die
Ultraschallsonde hat mehrere Ultraschallvibratoren, die umlaufend
angeordnet sind, um die elektronische Radialabtastung vorzunehmen.
Die Ultraschallvibratoren senden die Ultraschallwellen um eine Mittelachse
der Ultraschallsonde radial aus und empfangen deren Echo.
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Gemäß der Erfindung
ist in dem Endoskop eine flexible Leiterplatte angeordnet. Die flexible
Leiterplatte überträgt auf die
Ultraschallwellen und deren Echos bezogene Signale, so dass man
in der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung ein Ultraschallbild erhält, das
ein Schnittbild des Körpers
darstellt. Wird eine elektronische Abtastung, also keine mechanische
Abtastung, durchgeführt,
so erhält
man nach Bedarf ein Ultraschall-Farbbild, indem gleichzeitig mehrere
Ultraschallwellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet werden,
oder ein Ultraschall-Impulsbreitenbild
durch Einfärben
entsprechend dem Kontrast der Echos. Diese Bilder erhält man durch mechanische
Radialabtastung nicht.
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In
dem Biegeteil wird die flexible Leiterplatte von mehreren flexiblen
Leiterplattenstreifen gebildet, so dass eine Biegebewegung, also
ein Widerstand gegen die Biegebewegung, möglich ist. Die flexiblen Leiterplattenstreifen
erstrecken sich längs
der Mittelachse des Biegeteils. Da das Element zur Signalübertragung
in dem Biegeteil aus mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen besteht,
tritt keine Knick- oder Brechbiegung auf, während der Biegeteil betätigt wird.
Die flexiblen Leiterplattenstreifen ermöglichen die umlaufende Anordnung
der Ultraschallvibratoren und damit die elektronische Radialabtastung.
Die Breite jedes Leiterplattenstreifens wird in Abhängigkeit
des Radius des Biegeteils festgelegt.
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Gemäß der Erfindung
sind die flexiblen Leiterplattenstreifen in dem Biegeteil so angeordnet, dass
ein Ansprechverhalten auf die Biegebetätigung erreicht wird, bei dem
sich der Biegeteil genau in die gewünschte Richtung biegt, ohne
dass er in eine unerwünschte
Richtung kippt. Bei Einführen
des flexiblen Rohrs in das Organ biegt die Bedienperson nach Bedarf
nur in eine der beiden Richtungen, nämlich in die Auf/Ab-Richtung
oder die Links/Rechts-Richtung, um das flexible Rohr sanft durch
das Organ zu führen.
Nahezu alle Bedienpersonen biegen den Biegeteil in Auf/Ab-Richtung.
Dies bedeutet, dass die meisten Bedienpersonen das flexible Rohr
einführen,
indem sie den Biegeteil nach Bedarf aufwärts biegen und ihn in seine
neutrale Stellung zurückbewegen.
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In
dem erfindungsgemäßen Endoskop
sind die flexiblen Leiterplattenstreifen in dem Biegeteil so angeordnet,
dass der Biegewiderstand gegenüber der
Biegebewegung symmetrisch bezüglich
einer primären
Mittellinie ist. Die primäre
Mittellinie ist in einem Abschnitt des Biegeteils, nämlich einem
Schnitt durch den Biegeteil, definiert, schneidet die Mittelachse
des Biegeteils und entspricht einer der beiden Biegerichtungen,
normalerweise der Auf/Ab-Richtung. Die flexiblen Leiterplatten streifen
sind dabei entsprechend der Anordnung verschiedener durch den Biegeteil
verlaufender Elemente angeordnet. Diese Elemente sind beispielsweise
das Lichtleittaserbündel,
das Zuführrohr
oder das Instrumentenrohr.
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Da
der Biegewiderstand, d.h. die Biegesteifigkeit, symmetrisch oder
mit anderen Worten die Biegesteifigkeit längs der Biegerichtung symmetrisch bezüglich der
primären
Mittellinie ist, wird ein Ansprechverhalten auf die Biegebetätigung erreicht,
bei dem der Biegeteil genau in die gewünschte Richtung gebogen wird.
Beim Einführen
des flexiblen Rohrs kann so die Bedienperson den Biegeteil biegen,
ohne dem Patienten Schmerzen zuzufügen.
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Um
einen Biegewiderstand mit genauer Symmetrie zu erzeugen, sind die
in dem Endoskop vorgesehenen Elemente wie das Lichtleitfaserbündel, die
Zuführrohre
etc. so angeordnet, dass sie symmetrisch bezüglich der in dem genannten
Schnitt liegenden Mittelachse der primären Mittellinie sind. Im Falle
eines Endoskops vom Videotyp sind also das Lichtleitfaserbündel, das
Zuführrohr,
das Instrumentenrohr und das Bildsignalkabel symmetrisch bezüglich dieser
primären
Mittellinie angeordnet. Die flexiblen Leiterplattenstreifen werden
dann so angeordnet, dass sie in dem genannten Schnitt symmetrisch
bezüglich
der primären
Mittellinie sind. Auf diese Weise kann ein Biegeteil, der das gewünschte Ansprechverhalten
auf die Biegebewegung zeigt, leicht angeordnet oder gefertigt werden.
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Um
die Leiterplattenstreifen ohne Schwierigkeiten anzuordnen, haben
sie in dem genannten Schnitt im Wesentlichen gleiche Breite und
Dicke.
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Um
die Leiterplattenstreifen zuverlässig
und einfach symmetrisch anzuordnen und diese symmetrische Anordnung
während
der Biegebewegung aufrecht zu erhalten, können mehrere Streifenbündel ausgebildet
werden, die jeweils aus mindestens zwei flexiblen Leiterplattenstreifen
bestehen. Ist beispielsweise die Zahl der Leiterplattenstreifen
gerade, so kann jedes dieser Streifenbündel aus zwei flexiblen Leiterplattenstreifen
bestehen. Die flexiblen Leiterplattenstreifen biegen sich dabei
in jedem Streifenbündel,
d.h. die Biegerichtung ist in jedem Bündel die gleiche. Der Biegewiderstand
gegenüber
der Biegebewegung ist deshalb stabil und symmetrisch.
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Biegt
sich die Schnittform der Leiterplattenstreifen, so wird der Biegewiderstand
gegenüber
der Biegebewegung unsymmetrisch. Um einen Biegewiderstand mit genauer
Symmetrie zu erzeugen, sind die Leiterplattenstreifen vorzugsweise
längs der
Mittelachse so angeordnet, dass die Schnittform jedes Leiterplattenstreifens
im Wesentlichen gerade ist. In diesem Fall wird jeder Leiterplattenstreifen
sanft und gleichmäßig gebogen,
wodurch der Biegewiderstand stabil und symmetrisch wird.
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Um
die symmetrische Anordnung während der
Biegebewegung des Biegeteils aufrecht zu erhalten, können die
Leiterplattenstreifen so angeordnet sein, dass sie nicht auf der
Wirklinie, nämlich
auf der primären
Mittellinie liegen. Vorzugsweise sind die Leiterplattenstreifen
so angeordnet, dass sie in dem genannten Abschnitt nicht auf der
primären
Mittellinie liegen.
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Was
die Gesamtkonstruktion der flexiblen Leiterplatte betrifft, kann
diese aus flexiblen Leiterplattenstreifen, d.h. einzelnen Stücken, zusammengesetzt
sein, die getrennt voneinander an den Ultraschallvibrator angeschlossen
sind. Um jedoch die flexible Leiterplatte auf einfache Art und Weise
so auszubilden, dass sie in dem Biegeteil symmetrisch ist, wird
sie vorzugsweise aus einer einzigen rechteckigen flexiblen Leiterplatte
gebildet, aus der durch teilweises Einschneiden mehrere flexible
Leiterplattenstreifen gebildet werden. Die so geschnittene rechteckige
flexible Leiterplatte wird dann in eine Rundform gebracht, so dass
sie einen Zylinder bildet. Die Streifenabschnitte werden dann an
dem Ende, das von der Platte am weitesten entfernt ist, miteinander
verbunden, d.h. zusammengefügt,
wodurch sich eine kegelförmige
Struktur ergibt. Die Leiterplattenstreifen können so angeordnet sein, dass
sie sich in dem genannten Abschnitt nicht auf der primären Mittellinie befinden.
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Zum
Zwecke einer symmetrischen und einfachen Anordnung sind vorzugsweise
acht flexible Leiterplattenstreifen gleicher Breite vorgesehen.
Vorteilhaft sind dabei jeweils zwei benachbarte Leiterplattenstreifen
zu einem Streifenbündel
zusammengefasst.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Ultraschallendoskops als erstes Ausführungsbeispiel,
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2 den
Teil Spitzenbasisteil des Ultraschallendoskops,
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3 eine
Seitenansicht des Spitzenbasisteils und der Ultraschallsonde, von
der linken Seite aus betrachtet,
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4 eine
Vorderansicht des Ultraschallendoskops,
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5 eine
schematische seitliche Schnittansicht der Ultraschallsonde durch
die Mittelachse der Spitze und in vertikaler Richtung,
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6 eine
schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde längs der
in 5 gezeigten Linie I-I', von vorne betrachtet,
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7 eine
schematische perspektivische Ansicht einer flexiblen Leiterplatte,
die in dem Endoskop ausgebildet ist,
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8 die
flexible Leiterplatte im flachen Zustand,
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9A bis 9C Schnittansichten
der in dem Spitzenbasisteil vorgesehenen flexiblen Leiterplatte
und des Biegeteils,
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10 eine
schematische Darstellung der in dem flexiblen Rohr vorgesehenen
Signalleitungen,
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11 eine
Schnittansicht des Biegeteils, von der Spitze aus betrachtet,
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12 einen
Abschnitt des Biegeteils, in dem das Widerstandselement vorgesehen
ist, und
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13 eine
Schnittansicht des Biegeteils eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Ultraschallendoskops, das ein erstes Ausführungsbeispiel darstellt. 2 zeigt
einen Teil der Spitze des Ultraschallendoskops.
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Ein
Ultraschallendoskop 10 hat ein flexibles Rohr 11,
einen Bedienteil 15, ein erstes und ein zweites angeschlossenes
Rohr 18A und 18B, sowie ein erstes und ein zweites
Anschlussteil 80A und 80B. Am distalen Ende des
flexiblen Rohrs 11 und damit des Endoskops 10 sind
ein Biegeteil 12, ein Spitzenbasisteil 13 und
eine Ultraschallsonde 14 vorgesehen.
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Der
Biegeteil 12 ist mit der Spitze des flexiblen Rohrs 11 verbunden.
Der Spitzenbasisteil 13 ist an dem Biegeteil 12 und
die Ultraschallsonde 14 an dem Spitzenbasisteil 13 angebracht.
Das erste und das zweite Anschlussteil 80A und 80B sind
mit dem ersten bzw. dem zweiten Rohr 18A, 18B verbunden. Die
beiden Rohre 18A und 18B sind an den Bedienteil 15 angeschlossen.
Das flexible Rohr 11, das in ein Organ, z.B. eine Körperhöhle, eingeführt wird,
ist mit dem Bedienteil 15 verbunden.
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Wird
eine Diagnose vorgenommen, so wird das erste Anschlussteil 80A an
einen nicht gezeigten Videoprozessor mit Lichtquelle und Signalprozessorschaltungen
und das zweite Anschlussteil 80B an eine nicht gezeigte
Ultraschall-Diagnoseeinrichtung angeschlossen
und anschließend
das flexible Rohr 11 in die Körperhöhle eingeführt. Ein erster Monitor, der
das zu betrachtende Farbbild darstellt, ist an den Videoprozessor
angeschlossen, während
ein zweiter Monitor, der ein Ultraschallbild darstellt, an die Ultraschall-Diagnoseeinrichtung
angeschlossen ist. Eine Bedienperson, z.B. ein Arzt, betätigt mit
der rechten Hand einen Satz Bedienknöpfe 16, der aus einem Auf/Ab-Knopf 16A und
einem Links/Rechts-Knopf 16B besteht und an dem Bedienteil 15 angeordnet ist.
Die Bedienperson hält
dann das flexible Rohr 11 in ihrer linken Hand und führt es in
den Körper
des Patienten in Richtung des zu betrachtenden Organs ein.
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Im
folgenden wird die "Auf/Ab"-Richtung auch als
vertikale Richtung und "Links/Rechts"-Richtung" auch als horizontale
Richtung bezeichnet.
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Zwischen
dem ersten Anschlussteil 80A und der Ultraschallsonde 14 ist
ein Paar Lichtleitfaserbündel
vorgesehen, die in den Figuren nicht gezeigt sind. Von der in dem
Videoprozessor vorgesehenen Lichtquelle abgestrahltes Licht tritt
durch die Lichtleitfaserbündel
und wird von deren distalen Enden, d.h. dem distalen Ende des Ultraschallendoskops 10 ausgesendet.
Das zu betrachtende Objekt wird so mit dem Licht beleuchtet, das
die Lichtleitfaserbündel aussenden.
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Das
Ultraschallendoskop 10 fungiert als Videobeobachtungsgerät (Videoendoskop).
So sind in der Ultraschallsonde 14 ein nicht gezeigtes
Objektiv und ein nicht gezeigter Bildsensor, z.B. eine ladungsgekoppelte
Vorrichtung, kurz CCD, vorgesehen. In dem Ultraschallendoskop 10 ist
ein nicht gezeigtes Bildsignalkabel angeordnet, das den Bildsensor
mit dem Videoprozessor verbindet. Das an dem Objekt reflektierte
Licht tritt durch das Objektiv und erreicht den Bildsensor. Auf
dem Bildsensor wird das Objektbild erzeugt. Außerdem werden dem Objektbild
entsprechende Bildsignale erzeugt. Diese Bildsignale werden aus
dem Bildsensor ausgelesen und dem Videoprozessor zugeführt. In
dem Videoprozessor werden die Bildsignale verschiedenen Prozessen
unterzogen, so dass Videosignale wie ein NTSC-Signal erzeugt werden.
Diese Videosignale werden dann an den ersten Monitor ausgegeben,
so dass auf diesem das Objektbild dargestellt wird.
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Der
Biegeteil 12 wird von der Bedienperson ferngesteuert gebogen,
indem der Auf/Ab-Knopf 16A und/oder der Links/Rechts-Knopf 16B betätigt werden.
Die beiden Knöpfe 16A und 16B,
die sich an der rechten Seitenfläche 15S des
Bedienteils 15 befinden, sind jeweils als drehbare Scheibe
ausgebildet und über
nicht gezeigte Drähte
mit dem Biegeteil verbunden. Durch Drehen des Auf/Ab-Knopfes 16A und des
Links/Rechts-Knopfes 16B wird der Biegeteil 12 in
zwei Biegerichtungen gebogen, nämlich
in der mit UD bezeichneten Auf/Ab-Richtung und in der Links/Rechts
Richtung.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Biegerichtungen wie folgt festgelegt.
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Wird
das flexible Rohr 11 so gestreckt, dass es gerade und unverdreht
ist, so legt dies eine geradlinige Mittelachse PL des flexiblen
Rohrs 11 fest. In diesem Fall fällt die Mittelachse des flexiblen
Rohrs 11 mit der geradlinigen Mittelachse PL zusammen. Der
Bedienteil 15 ist längs
der geradlinigen Mittelachse PL ausgebildet. Befindet sich der Biegeteil 12 in neutraler
Stellung, so erstreckt er sich längs
der geradlinigen Mittelachse PL. Bezeichnet man die Mittelachse
des Biegeteils 12 mit SD und die Mittelachse der Spitze
des starren Spitzenbasisteils 13 und der Ultraschallsonde 14 mit
RD, so fallen die Mittelachse SD und die Mittelachse RD der Spitze
mit der geradlinigen Mittelachse PL zusammen, wie 2 zeigt.
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Der
Biegeteil 12 biegt sich in den beiden Biegerichtungen,
die in der Ebene liegen, die zu der geradlinigen Mittelachse PL
senkrecht ist. Die beiden Richtungen, nämlich die Auf/Ab-Richtung UD
und die Links/Rechts-Richtung sind senkrecht zueinander. Die Auf/Ab-Richtung
UD ist im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsebene, in der
der Auf/Ab-Knopf 16A gedreht wird. Hält die Bedienperson den Bedienteil 15,
so ist diese Rotationsebene für
gewöhnlich parallel
zur vertikalen Richtung. Die Links/Rechts-Richtung verläuft senkrecht
zur Auf/Ab-Richtung UD, d.h. parallel zu einer Linie, die senkrecht
zur Zeichenebene verläuft.
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Dreht
die Bedienperson den Auf/Ab-Knopf 16A im Gegenuhrzeigersinn
CCW, so biegt sich der Biegeteil 12 nach oben, wie die
gestrichelte Linie in 2 zeigt. Die Ultraschallsonde 14 weist
dann in eine Richtung, die von der geradlinigen Mitte lachse PL abweicht.
Die Ultraschallsonde 14 nimmt also gegenüber der
Mittelachse PL einen vorgegebenen Winkel ein. Dreht die Bedienperson
den Auf/Ab-Knopf 16A im Uhrzeigersinn CW, so biegt sich
der Biegeteil 12 nach unten. Entsprechend biegt sich der
Biegeteil 12 nach links und rechts, indem der Links/Rechts-Knopf 16B im
Gegenuhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn gedreht wird.
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Beim
Einführen
des flexiblen Rohrs 11 manipuliert die Bedienperson das
distale Ende des Endoskops 10 und des flexiblen Rohrs 11,
während
sie das auf dem ersten Monitor dargestellte Farbbild betrachtet.
Genauer gesagt, "schüttelt" die Bedienperson
den Bedienteil 15, während
sie die Bedienknöpfe 16 so
hält, dass
sich das flexible Rohr 11 um seine Mittelachse dreht. Außerdem betätigt die
Bedienperson den Auf/Ab-Knopf 16A mit den Fingern ihrer rechten
Hand im Uhrzeigersinn CW und im Gegenuhrzeigersinn CCW, um den Biegeabschnitt 12 in Auf/Ab-Richtung
UD zu biegen. Durch das Schütteln des
Bedienteils 15 und das Biegen des Biegeteils 12 in
Auf/Ab-Richtung UD erreicht die Ultraschallsonde 14, d.h.
das distale Ende des Ultraschallendoskops 10 auf sanfte
Weise das zu betrachtende Objekt in dem Organ.
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Erreicht
die Ultraschallsonde 14 das Objekt, so werden Ultraschallwellen-Impulssignale von
der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung ausgegeben und über das
zweite Anschlussteil 80B der Ultraschallsonde 14 zugeführt. Die
Ultraschallsonde 14 sendet auf Grundlage dieser Ultraschallwellen-Impulssignale
Ultraschallwellen aus und empfängt
deren Echos. Diese Echos werden in Impulssignale überführt, die über das
zweite Anschlussteil 80B der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung
zugeführt
werden. In der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung werden die zugeführten, den
Echos entsprechenden Impulssignale verschiedenen Prozessen unterzogen,
so dass auf dem zweiten Monitor ein Ultraschallbild dargestellt
wird, das ein Schnittbild längs
der Aussenderichtung der Ultraschallwellen darstellt.
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Zwischen
dem Bedienteil 15 und der Ultraschallsonde 14 ist
ein nicht gezeigtes Instrumentenrohr vorgesehen. Über eine
Eintrittsöffnung 17A wird ein
bestimmtes Instrument, z.B. eine Zange, zum Behandeln des erkrankten
Teils eingeführt.
Ferner sind in dem Ultraschallendoskop 10 ein Paar nicht
gezeigte Zuführrohre vorgesehen,
mit denen dem Spitzenbasisteil 13 Wasser zugeführt wird.
An dem Bedienteil 15 ist eine Zuführtaste 16C vorgesehen.
Wird die Zuführtaste 16C betätigt, so
fließt
in den Zuführrohren
Wasser und tritt aus der Seitenfläche des Spitzenbasisteils 13 aus.
An dem Bedienteil 15 sind ferner eine Absaugtaste 16D,
eine Einführtaste 16E, eine
Kopiertaste 16F und eine Aufzeichnungstaste 16G vorgesehen.
Die Tasten 16C, 16D, 16E, 16F und 16G sind
in Auf/Ab-Richtung UD angeordnet. 3 zeigt
den Spitzenbasisteil 13 und die Ultraschallsonde 14 in
einer von links betrachteten Seitenansicht. 4 zeigt
die Ultraschallsonde 14 in einer Vorderansicht.
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Der
steife Spitzenbasisteil 13 und die Ultraschallsonde 14 sind
von einem Ballon 19 bedeckt, wenn die Ultraschalldiagnose
vorgenommen wird. Zum Befestigen des Ballons 19 ist um
die Außenfläche der
Ultraschallsonde 14 eine erste Nut 14K und um
die Außenfläche des
Spitzenbasisteils 13 eine zweite Nut 13K ausgebildet.
Das Wasser, das durch die Zuführrohre
fließt,
tritt aus zwei nicht gezeigten Austrittsöffnungen aus, die an der Außenfläche des Spitzenbasisteils 13 vorgesehen
sind. Um ein genaues Ultraschallbild zu erhalten, wird das Wasser,
das sich in einem an dem Videoprozessor vorgesehenen, nicht gezeigten
Behälter
befindet, über
das Paar Zuführrohre
in das Innere des Ballons 19 gebracht, so dass sich letzterer
aufweitet, wie in 3 durch die gestrichelte Linie
dargestellt ist. Nach der Diagnose wird das in dem Ballon 19 enthaltene
Wasser durch Drücken
der Absaugtaste 16E abgesaugt und über die beiden Zuführrohre
einer nicht gezeigten Absaugeinheit zugeführt.
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Wie
in 4 gezeigt, ist an der Vorderfläche 14S der Ultraschallsonde 14 eine
Objektivlinse 34A vorgesehen. Ferner sind dort Austrittsflächen 38A und 38B der
Lichtleitfaserbündel
und eine Austrittsöffnung 17B des
Instrumentenrohrs ausgebildet. Das an dem Objekt reflektierte Licht
tritt durch die Objektivlinse 34A und erreicht den Bildsensor
innerhalb der Ultraschallsonde 14. Die Objektivlinse 34 ist
an der Vorderfläche 14S,
d.h. der Stirnfläche
der Ultraschallsonde 14 ausgebildet, also nicht an der
Seitenfläche. Das
Sehfeld weitet sich deshalb längs
der Mittelachse RD der Spitze auf. Da das Sehfeld irrt Wesentlichen
mit der Vorschubrichtung des distalen Endes des Endoskops 10 zusammenfällt, kann
die Bedien person das flexible Rohr 11 einführen und
den Bedienteil 15 manipulieren, während sie dem Vorschub der
Ultraschallsonde 14 zusieht.
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5 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde 14.
Der Schnitt verläuft durch
die Mittelachse RD der Spitze und in Auf/Ab-Richtung UD. 6 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde 14 längs der
in 5 gezeigten Linie I-I', von der Vorderfläche 14S aus betrachtet.
In den 5 und 6 sind die Lichtleitfaserbündel, die
Instrumentenrohre und das an den Bildsensor angeschlossene Bildsignalkabel
nicht gezeigt.
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Die
Ultraschallsonde 14 enthält einen Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41 und
ein Halteelement 42. Der Sender/Empfänger 41 ist längs des Umfangs
der zylindrischen Ultraschallsonde 14 ausgebildet und an
dem Halteelement 42 gehalten. Eine flexible Leiterplatte 40 zum Übertragen
von Signalen, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogen
sind, ist mit dem Sender/Empfänger 41 verbunden.
Der Sender/Empfänger 41 besteht
aus mehreren Ultraschallvibratoren 41A, die längs des
Umfangs der Ultraschallsonde 14 angeordnet sind, um so
die Radialabtastung vorzunehmen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ultraschallvibratoren 41A piezoelektrische
Elemente, die elektrische Signale in mechanische Schwingungen umsetzen
und umgekehrt.
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Über den
piezoelektrischen Effekt werden Hochfrequenz-Impulssignale, die
dem Sender/Empfänger 41 über die
flexible Leiterplatte 40 zugeführt werden, in Ultraschallwellen überführt. Der
Sender/Empfänger 41 sendet
um die Mittelachse RD der Spitze nacheinander die Ultraschallwellen
radial aus. Jede der Ultraschallwellen wird mit einer vorbestimmten
Frequenz und einer vorbestimmten zeitlichen Festlegung, d.h. einem
vorbestimmten Timing, ausgesendet, um so die elektronische Radialabtastung vorzunehmen.
In diesem Ausführungsbeispiel
beträgt
der Abtastbereich 270°.
Empfängt
der Sender/Empfänger 41 nacheinander
die Echos, so werden diese durch den inversen piezoelektrischen
Effekt in elektrische Signale überführt. Diese
elektrischen Signale werden der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung über die flexible Leiterplatte 40 zugeführt.
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7 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht der in dem Endoskop 10 ausgebildeten flexiblen
Leiterplatte. 8 zeigt die flache, d.h. die noch
nicht deformierte Leiterplatte.
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Die
Leiterplatte 40 ist ein flexibles und dünnes Substrat, auf dem Schaltungen
ausgebildet sind. Die Form der flexiblen Leiterplatte 40 kann
willkürlich eingestellt
werden, d.h. die Leiterplatte 40 kann nach Bedarf in eine
beliebige, vorbestimmte Form gebracht werden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die flexible Leiterplatte 40 wie ein Kegel geformt,
wie in 7 gezeigt ist. Eine mit CL bezeichnete Umfangslinie
ist mit dem in 6 gezeigten bogenförmigen Sender/Empfänger 41 verbunden.
In dem Spitzenbasisteil 13 ist die flexible Leiterplatte 40 zu
einem Rohr- oder Tubuskörper
geformt. In dem Biegeteil 12 wird die flexible Leiterplatte 40 von
mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen gebildet. Die flexiblen
Leiterplattenstreifen sind an nicht gezeigte Signalleitungen angeschlossen,
die sich von dem zweiten Anschlussteil 80B durch den Bedienteil 15 erstrecken.
Die Leiterplattenstreifen erstrecken sich in dem Biegeteil 12 längs der
Mittelachse SD. In den 7 und 8 ist ein
Teil der Leiterplattenstreifen weggelassen.
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Die
kegelförmige,
flexible Leiterplatte 40 wird durch Rundbiegen der in 8 gezeigten
planen und rechteckigen, flexiblen Leiterplatte 40' geformt. In 8 entsprechen
die Abschnitte PA und PB dem Bereich des Spitzenbasisteils 13 und
der Ultraschallsonde 14. Abschnitt PC entspricht dem Bereich
des Biegeteils 12. Die Breite L2 des Abschnittes PA, d.h. die
Länge der
Umfangslinie CL, entspricht dem Abtastbereich. Die Breite L1 der
Abschnitte PB und PC, die größer als
die Breite L2 ist, entspricht der Umfangslänge des Spitzenbasisteils 13 und
des Biegeteils 12. Im Abschnitt PC, der dem Bereich des
Biegeteils 12 entspricht, ist die rechteckige, flexible
Leiterplatte 40' in
acht Streifen unterteilt. Die Abstände LK1 zwischen einem Leiterplattenstreifen
und dem jeweils benachbarten Leiterplattenstreifen sind gleich.
Ferner haben die Leiterplattenstreifen jeweils gleiche Breite LK2.
Dagegen unterscheiden sich die Leiterplattenstreifen in ihrer Länge, d.h.
in ihrer auf die Längsrichtung
bezogenen Abmessung. Die acht Leiterplattenstreifen werden im Folgenden
mit CB1, CB2, ... und CB8 bezeichnet.
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Auf
der rechteckigen, flexiblen Leiterplatte 40' sind gedruckte Verdrahtungen,
d.h. Leitungen ausgebildet. Die gedruckte Verdrahtung SL2, die in dem
Abschnitt PB und dem Abschnitt PC ausgebildet ist, ist fetter oder
stärker
als die in dem Abschnitt PA ausgebildete gedruckte Verdrahtung SL1.
In 7 sind die gedruckten Verdrahtungen nicht gezeigt.
Die Stärke
der einzelnen Signalleitungen der gedruckten Verdrahtung SL2 hängt von
der Breite L1 und der Breite LK2 ab. Die Stärke der einzelnen Signalleitungen
der gedruckten Verdrahtung SL1 hängt
von der Breite L2, d.h. dem Abtastbereich ab.
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Die 9A bis 9C zeigen
Schnittansichten der flexiblen Leiterplatte 40 in dem Spitzenbasisteil 13 und
dem Biegeteil 12. 9A zeigt
den Schnitt längs
der Linie II-II', 9B den
Schnitt längs der
Linie III-III' und 9C den
Schnitt längs
der Linie IV-IV'.
Die vorstehend genannten Linien sind in den 3 und 7 gezeigt.
Der Schnitt längs
der Linie II-II' stellt
einen Schnitt in dem Spitzenbasisteil 13 nahe der Ultraschallsonde 14 dar.
Der Schnitt längs
der Linie III-III' stellt
dagegen einen Schnitt in dem Spitzenbasisteil 13 nahe dem
Biegeteil 12 dar. Schließlich stellt der Schnitt längs der
Linie IV-IV' einen
Schnitt in dem Biegeteil 12 dar. Die in 8 gezeigten
Linien B1-B1', C1-C1', D1-D1' entsprechen den
Linien II-II', III-III' bzw. IV-IV'.
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Wie
in 9A gezeigt, hat die flexible Leiterplatte 40 etwa über 270° die Form
eines Bogens entsprechend dem bogenförmigen Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41,
also entsprechend dem Abtastbereich. Dagegen hat die flexible Leiterplatte 40 längs der
Linie III-III' die
Form eines Kreises, wie 9B zeigt.
Wie in den 7 und 9C gezeigt, sind
unter den acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 jeweils ein Leiterplattenstreifen
und der diesem benachbarte Leiterplattenstreifen so gebündelt, d.h.
zusammengefasst, dass die acht Leiterplattenstreifen vier Paare
oder Bündel 46A, 46B, 46C und 46D bilden.
Das Streifenbündel 46A besteht
aus den beiden Leiterplattenstreifen CB1 und CB2. Entsprechend bestehen
die Streifenbündel 46B, 46C und 46D aus den
beiden Leiterplattenstreifen CB3 und CB4, CB5 und CB6 bzw. CB7 und
CB8. Nahe dem flexiblen Rohr 11 sind die vier Streifenbündel 46A und 46D wieder
in die acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB 8 getrennt.
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10 ist
eine schematische Darstellung der Signalleitungen in dem flexiblen
Rohr 11. Die voneinander getrennten acht Leiterplattenstreifen CB1
bis CB8 sind an acht Signalleitungen 51 angeschlossen.
Die acht Signalleitungen 51 sind gebündelt, d.h. zusammengefasst,
und bilden so ein einziges Ultraschallwellenkabel 50, das
zwischen dem flexiblen Rohr 11 und dem zweiten Anschlussteil 80B verläuft.
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11 zeigt
einen Schnitt des Biegeteils 12 von der Spitze aus betrachtet.
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Zwischen
dem Bedienteil 15 und dem Biegeteil 12 sind Drahtführungen 21A, 21B, 21C, 21D längs des
Umfangs des flexiblen Rohrs 11 und des Biegeteils 12 in
Winkelabständen
von 90° angeordnet.
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Die
Drahtführungen 21A und 21B sind
in Auf/Ab-Richtung UD und die Drahtführungen 21C und 21D in
Links/Rechts-Richtung angeordnet. Die Drähte 20A und 20B sind
in den Drahtführungen 21A bzw. 21B montiert.
Entsprechend sind die Drähte 20C und 20D in
den Drahtführungen 21C bzw. 21D montiert.
Der Biegeteil 12 wird durch Bewegen der Drähte 20A und 20B,
die in Wirkverbindung mit dem Auf/Ab-Knopf 16A stehen,
nach oben oder unten und durch Bewegen der Drähte 20C und 20D,
die in Wirkverbindung mit dem Links/Rechts-Knopf 16B stehen, nach
links oder nach rechts gebogen. Wie in 11 gezeigt,
sind in dem Biegeteil 12 das Instrumentenrohr 17,
das Bildsignalkabel 34, die Lichtleitfaserbündel 35A und 35B sowie
die Zuführrohre 37A und 37B vorgesehen.
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Die
Lichtleitfaserbündel 35A, 35B und
die Zuführrohre 37A, 37B sind
symmetrisch bezüglich
einer in 11 gezeigten Mittellinie U1
angeordnet. Die Mittellinie U1, die in dem Abschnitt des Biegeteils (in
dessen Schnitt) definiert ist und die Mittelachse SD des Biegeteils 12 kreuzt,
entspricht der Auf/Ab-Richtung UD. Das Bildsignalkabel 34 und
das Instrumentenrohr 17 sind auf der in Auf/Ab-Richtung verlaufenden,
d.h. vertikalen Mittellinie U1 so angeordnet, dass sie bezüglich dieser
symmetrisch sind. Eine in 11 dargestellte,
in Links/Rechts-Richtung verlaufende, d.h. horizontale Linie U2,
die in dem durch die Mittelachse SD ge henden, zur vertikalen Mittellinie
U1 senkrechten Schnitt definiert ist, entspricht der Links/Rechts-Richtung.
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Wie
oben beschrieben, ist die flexible Leiterplatte 40 in dem
Biegeteil 12 zu den vier Streifenbündeln 46A, 46B, 46C und 46D geformt.
Das Streifenbündel 46A ist
so von einem flexiblen Wärmeschrumpfschlauch 39A bedeckt,
dass es mit diesem eine Einheit bildet. Entsprechend sind die Streifenbündel 46B, 46C und 46D von
Wärmeschrumpfschläuchen 39B, 39C bzw. 39D bedeckt.
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Die
Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D sind
um das Bildsignalkabel 34, die Lichtleitfaserbündel 35A und 35B,
die Zuführrohre 37A und 37B sowie
das Instrumentenrohr 17 herum und im Wesentlichen längs gerader
Linien angeordnet, welche die vier Drähte 20A, 20B, 20C und 20D miteinander
verbinden. Die vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D sind
deshalb in einem Winkel von etwa 45° zur vertikalen Mittellinie
U1 angeordnet. Sie befinden sich also nicht auf der Mittellinie
U1. Ferner sind die vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D symmetrisch
bezüglich
der vertikalen Mittellinie U1 und der horizontalen Mittellinie U2
angeordnet.
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In
den Biegeteil 12 sind Puder-Schmier- oder Gleitmittel wie
Molybdändisulfid
gefüllt.
Die vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D,
das Bildsignalkabel 34, die Lichtleitfaserbündel 35A und 35B,
die Zuführrohre 37A und 37B und
das Instrumentenrohr 17 ändern deshalb bei Bewegen des
Biegeteils 12 ihre Lage im Wesentlichen nicht.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist also der Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41 mit seinen Ultraschallvibratoren
längs des
Umfangs der Ultraschallsonde 14 angeordnet. Die Ultraschallwellen werden
radial um die Mittelachse RD der Spitze herum ausgesendet, um so
die elektronische Radialabtastung vorzunehmen. Die flexible Leiterplatte 40 dient
dazu, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogenen Signale
zu übertragen.
In dem Biegeteil 12 besteht die flexible Leiterplatte 40 aus
den acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8, die zu den vier Streifenbündeln 46A, 46B, 46C und 46D zusammengefasst
sind.
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Die
vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D sind
so angeordnet, dass sie in dem Abschnitt des Biegeteils 12 symmetrisch
bezüglich
der vertikalen Mittellinie U1 sind. So sind die Bildsignalkabel 34, die
Lichtleitfaserbündel 35A und 35B,
die Zuführrohre 37A und 37B und
das Instrumentenrohr 17 sowie die vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D symmetrisch
zur vertikalen Mittellinie U1 angeordnet. Damit ist der Biegewiderstand,
der beim Biegen des Biegeteils 12 in der Auf/Ab-Richtung
auftritt, symmetrisch zur vertikalen Mittellinie U1. Mit anderen
Worten ist die Biegesteifigkeit bezüglich der vertikalen Mittellinie
U1 symmetrisch. Wird der Ab/Auf-Knopf 16A betätigt, so
biegt sich deshalb der Biegeteil 12 zuverlässig in
Auf/Ab-Richtung UD, ohne dass eine Bewegung in eine andere Richtung
auftritt.
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Um
die Symmetrie der Biegesteifigkeit zu perfektionieren, kann ein
Widerstandselement wie eine Spirale oder Schraube, ein Draht etc.
an einem flexiblen Leiterplattenstreifen angebracht werden. 12 zeigt
den Abschnitt des Biegeteils 12, in dem ein solches Widerstandselement
vorgesehen ist. Um die Symmetrie der Biegesteifigkeit bezüglich der
vertikalen Mittellinie U1 zu perfektionieren, ist ein längs der
Mittelachse SD des Biegeteils 12 verlaufender Draht WR
in dem Wärmeschrumpfrohr 39A vorgesehen
und an dem flexiblen Leiterplattenstreifen CB2 angebracht.
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Unter
Bezugnahme auf 13 wird ein zweites Ausführungsbeispiel
des Ultraschallendoskops erläutert.
Das zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung
der flexiblen Leiterplattenstreifen.
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13 zeigt
den Biegeteil des zweiten Ausführungsbeispiels
im Schnitt.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
sind die acht flexiblen Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 in drei
Leiterplattenbündel,
von denen jedes zwei Leiterplattenstreifen enthält, und in zwei unabhängige Leiterplattenstreifen
getrennt. Das Streifenbündel 46'A besteht aus
den Leiterplattenstreifen CB2 und CB3, das Streifenbün del 46'B aus den Leiterplattenstreifen
CB4 und CB5 und das Streifenbündel 46'C aus den Leiterplattenstreifen
CB6 und CB7. Die beiden Leiterplattenstreifen CB1 und CB8 erstrecken sich
unabhängig
voneinander längs
der Mittelachse SD. Die drei Streifenbündel 46'A, 46'B und 46'C sind von Wärmeschrumpfschläuchen 39'A, 39'B bzw. 39'C überzogen.
Die beiden Leiterplattenstreifen CB1 und CB2 sind von Wärmeschrumpfschläuchen 39'D bzw. 39'E überzogen.
Die drei Streifenbündel 46'A, 46'B und 46'C sowie die
beiden Leiterplattenstreifen CB1 und CB2 sind so angeordnet, dass
der Biegewiderstand symmetrisch zur vertikalen Mittellinie U1 ist.
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In
dem Biegeteil 12 können
so die flexiblen Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 beliebig miteinander
gebündelt
oder aber auch ohne Bündelung
unabhängig
voneinander vorgesehen sein.
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In
dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel
werden die acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 gefertigt, indem
eine einzige rechteckige flexible Leiterplatte 40' teilweise eingeschnitten wird.
Jedoch kann die flexible Leiterplatte 40' auch so geschnitten werden, dass
Leiterplattenstreifen in einer anderen Anzahl als acht, z.B. zwölf, entstehen. An
Stelle der teilweise eingeschnittenen flexiblen Leiterplatte 40' kann die Leiterplatte 40 auch
aus mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen zusammengesetzt sein.
In diesem Fall ist jeder Leiterplattenstreifen an den Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41 angeschlossen.
Dicke und Breite jedes Leiterplattenstreifens können entsprechend dem Radius
des Biegeteils festgelegt werden.
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In
den Ausführungsbeispielen
sind das Bildsignalkabel, die Lichtleitfaserbündel 35A und 35B, die
Zuführrohre 37A und 37B und
das Instrumentenrohr 17 symmetrisch zur vertikalen Mittellinie
U1 angeordnet. Sind die genannten Elemente nicht symmetrisch zur
vertikalen Mittellinie U1 angeordnet, so können die Leiterplattenstreifen
derart angeordnet werden, dass der Biegewiderstand in dem Biegeteil 12 symmetrisch
bezüglich
der vertikalen Mittellinie U1 ist. Dabei werden die Leiterplattenstreifen
unter Berücksichtigung
der unsymmetrischen Anordnung der vorstehend genannten Elemente
angeordnet. Ferner können
die Leiterplat tenstreifen so angeordnet werden, dass der Biegewiderstand
symmetrisch bezüglich
der horizontalen Mittellinie U2 ist. Sind beispielsweise das Bildsignalkabel 34,
die Lichtleitfaserbündel 35A und 35B,
die Zuführrohre 37A und 37B und
das Instrumentenrohr 17 symmetrisch bezüglich der horizontalen Mittellinie
U2 angeordnet, so können
die vier Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D symmetrisch
bezüglich
der vertikalen Mittellinie U1 und der horizontalen Mittellinie U2
angeordnet werden.