DE10157027A1 - Ultraschallendoskop - Google Patents
UltraschallendoskopInfo
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Abstract
Ein Ultraschallendoskop hat einen Biegeteil, eine Ultraschallsonde und eine flexible Leiterplatte. Der Biegeteil, der an die Spitze eines flexiblen Rohrs angeschlossen ist, wird fernbetätigt gebogen. Die Ultraschallsonde hat mehrere Ultraschallvibratoren, die umlaufend angeordnet sind und radial Ultraschallwellen aussenden und deren Echos empfangen. Die flexible Leiterplatte, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogene Signale überträgt, besteht in dem Biegeteil aus mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen, die eine Biegebewegung ermöglichen. Mehrere Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen, die in dem flexiblen Rohr zu einem Koaxialkabel ausgebildet und an die Leiterplattenstreifen angeschlossen sind, sind in einem vorgegebenen Bereich locker angeordnet und flexibel.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallendoskop, das Ultraschallwellen für die Dia
gnose erkrankten Gewebes einsetzt. Insbesondere betrifft die Erfindung die
Konstruktion der Spitze des Ultraschallendoskops.
Ein Ultraschallendoskop hat an seinem distalen Ende eine Ultraschallsonde mit
Ultraschallvibratoren, die Ultraschallwellen erzeugen. Die Ultraschallsonde sendet
Ultraschallwellen aus und empfängt deren Echos.
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 Ultraschall
wellen ausgesendet werden. Üblicherweise wird eine Radialabtastung mechani
scher 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.
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.
Beim Betätigen des Biegeteils wirken unterschiedliche Kräfte auf die Signalüber
tragungselemente, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogene
Signale übertragen. Aus diesem Grunde müssen die in dem distalen Ende des
Endoskops vorgesehenen Signalübertragungselemente größere Beständigkeit
oder Stabilität gegenüber der Biegebewegung haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallendoskop anzugeben, das zu Diagno
sezwecken ein zu betrachtendes Bild liefert und in seiner Biegebewegung beson
ders stabil ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Ultraschallendoskop mit den Merk
malen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung angegeben.
Das erfindungsgemäße Ultraschallendoskop dient der Durchführung einer elek
tronischen Radialabtastung. Ein zu einem Rohr geformter Biegeteil ist an die
Spitze eines flexiblen Rohrs angeschlossen, das in den Körper, z. B. ein Organ
eingeführt wird. Das flexible Rohr ist normalerweise an einen Bedienteil des
Endoskops angeschlossen. Die Bedienperson, z. B. ein Arzt, biegt den Biegeteil
durch Betätigen des Bedienknopfs, der in Wirkverbindung mit dem Biegeteil steht.
Der Biegeteil wird also fernbetätigt gebogen.
Die Ultraschallsonde für die elektronische Radialabtastung steht in Wirkverbin
dung mit dem Biegeteil. Beispielsweise ist ein starrer Spitzenbasisteil mit dem
Biegeteil verbunden und das Ultraschallendoskop an dem Spitzenbasisteil ange
bracht.
Die Ultraschallsonde hat mehrere Ultraschallvibratoren, die umlaufend angeordnet
sind, um die elektronische Radialabtastung vorzunehmen. Die Ultraschallvibrato
ren senden die Ultraschallwellen radial um eine Mittelachse der Ultraschallsonde
aus und empfangen deren Echos.
Gemäß der Erfindung ist in dem Endoskop eine flexible Leiterplatte angeordnet.
Die flexible Leiterplatte überträgt auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezo
gene Signale, so dass man in der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung ein Ultraschall
bild erhält, das ein Schnittbild des Körpers darstellt. Wird eine elektronische
Abtastung, also keine mechanische Abtastung, durchgeführt, so erhält man nach
Bedarf ein Ultraschall-Farbbild, in dem 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.
In dem Biegeteil wird die flexible Leiterplatte von mehreren flexiblen Leiterplatten
streifen gebildet, die eine Biegebewegung ermöglichen, also der Biegebewegung
einen Widerstand entgegensetzen können. Die flexiblen Leiterplattenstreifen
erstrecken sich längs einer Mittelachse des Biegeteils, im Folgenden als erste
Mittelachse bezeichnet. Das Signalübertragungselement besteht also in dem
Biegeteil aus mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen, die ein Knicken oder Bre
chen während der Betätigung des Biegeteils verhindern. Die flexiblen Leiterplat
tenstreifen ermöglichen die umlaufende Anordnung der Ultraschallvibratoren und
damit die elektronische Radialabtastung. Die Breite jedes Leiterplattenstreifens
wird in Abhängigkeit des Radius des Biegeteils festgelegt.
Ein Ultraschallwellen-Koaxialkabel, das sich in dem flexiblen Rohr befindet und
die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogenen Signale überträgt, wird
durch Bündeln mehrerer Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen ausgebildet. Ein
Teil der Koaxialsignalleitungen liegt in separater Anordnung vor und erstreckt sich
aus dem Koaxialkabel längs einer Mittelachse des flexiblen Rohrs, die im Folgen
den als zweite Mittelachse bezeichnet wird. Die Koaxialsignalleitungen sind an die
flexiblen Leiterplattenstreifen angeschlossen, so dass die auf die Ultraschallwellen
und deren Echos bezogenen Signale zwischen der Ultraschall-
Diagnoseeinrichtung und der Ultraschallsonde übertragen werden.
Die Koaxialsignalleitungen sind in einem vorgegebenen Bereich flexibel und locker
angeordnet, um die auftretenden Druck- und Dehnkräfte aufnehmen oder absor
bieren zu können. Die genannten Kräfte wirken längs der ersten und der zweiten
Mittelachse auf die flexiblen Leiterplattenstreifen, die Koaxialsignalleitungen und
das Koaxialkabel. Beim Betätigen des Biegeteils werden die lockeren Koaxialsi
gnalkabel stärker gebogen und gezogen als die flexiblen Leiterplattenstreifen,
wenn die Druck- und Dehnkräfte längs der ersten und der zweiten Mittelachse
auftreten. Die ungebündelten Koaxialsignalleitungen absorbieren nämlich die
Druck- und Dehnkräfte, indem sie sich biegen und dehnen. Beim Biegen des
Biegeteils tritt so in den Leiterplattenstreifen keine übermäßige Biegung und
Dehnung auf, wodurch ein Knicken oder Brechen der gedruckten Verdrahtungen
auf den Leiterplattenstreifen vermieden werden kann.
Um für ausreichende Flexibilität der Koaxialsignalleitungen zu sorgen, ist vor
zugsweise die längs der zweiten Mittelachse gemessene Länge des vorstehend
genannten vorgegebenen Bereichs gleich oder größer als die längs der ersten
Mittelachse gemessene Länge der flexiblen Leiterplattenstreifen.
Was den Gesamtaufbau der flexiblen Leiterplatte betrifft, kann diese aus den
flexiblen Leiterplattenstreifen, d. h. einzelnen Stücken, zusammengesetzt sein, die
getrennt voneinander an die Ultraschallvibratoren angeschlossen sind. Um jedoch
die flexiblen Leiterplattenstreifen gegenüber den Druck- und Dehnkräften stärker
als die Koaxialsignalleitungen auszubilden, wird die flexible Leiterplatte vorzugs
weise in der Weise gefertigt, dass eine einzige rechteckige flexible Leiterplatte
teilweise so eingeschnitten wird, dass die Leiterplattenstreifen entstehen, und
anschließend rundgeformt, so dass sie zylindrische Form annimmt.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ultraschallendoskops als erstes Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 2 den Teil Spitzenbasisteil des Ultraschallendoskops,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Spitzenbasisteils und der Ultraschallsonde,
von der linken Seite aus betrachtet,
Fig. 4 eine Vorderansicht des Ultraschallendoskops,
Fig. 5 eine schematische seitliche Schnittansicht der Ultraschallsonde
durch die Mittelachse der Spitze und in vertikaler Richtung,
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde längs der in
Fig. 5 gezeigten Linie I-I', von vorne betrachtet,
Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht einer flexiblen Leiter
platte, die in dem Endoskop ausgebildet ist,
Fig. 8 die flexible Leiterplatte im flachen Zustand,
Fig. 9A bis 9G Schnittansichten der in dem Spitzenbasisteil vorgesehenen flexiblen
Leiterplatte und des Biegeteils,
Fig. 10 eine schematische Darstellung von Ultraschall-
Koaxialsignalleitungen und eines Ultraschall-Koaxialkabels in dem
flexiblen Rohr, und
Fig. 11 eine Schnittansicht des Biegeteils, von der Spitze aus betrachtet.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf
die Figuren erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Ultraschallendoskops, das ein Ausführungsbei
spiel darstellt. Fig. 2 zeigt einen Teil der Spitze des Ultraschallendoskops.
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.
Der Biegeteil 12 ist mit der Spitze des flexiblen Rohrs 11 verbunden. Der Spitzen
basisteil 13 ist an dem Biegeteil 12 und die Ultraschallsonde 14 an dem Spitzen
basisteil 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.
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 ange
schlossen 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.
Im folgenden wird die "Auf/Ab"-Richtung auch als vertikale Richtung und
"Links/Rechts"-Richtung" auch als horizontale Richtung bezeichnet.
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.
Das Ultraschallendoskop 10 fungiert als Videobeobachtungsgerät (Videoendo
skop). 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.
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 Be
dienteils 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.
Ist das flexible Rohr 11 so gestreckt, dass es gerade und unverdreht ist, so wird
seine Mittelachse PL zu einer geraden Linie und der Bedienteil 15 ist längs dieser
Mittelachse PL ausgebildet. Befindet sich der Biegeteil 12 in neutraler Stellung, so
erstreckt er sich längs der Mittelachse PL. Legt man gemäß Fig. 2 die Mittelachse
des Biegeteils 12 mit SD und die Mittelachse der Spitze des starren Spitzenbasi
steils 13 und der starren Ultraschallsonde 14 mit RD fest, so fallen die Mittelachse
SD und die Mittelachse RD der Spitze mit der Mittelachse PL zusammen.
Dreht die Bedienperson den Auf/Ab-Knopf 16A im Gegenuhrzeigersinn CCW, so
biegt sich der Biegeteil 12 nach oben, wie die gestrichelte Linie in Fig. 2 zeigt. Die
Ultraschallsonde 14 nimmt also gegenüber der Mittelachse PL einen bestimmten
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.
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 die Mittelachse PL dreht.
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 zuge
führt 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 Schnitt
bild längs der Aussenderichtung der Ultraschallwellen darstellt.
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.
Fig. 3 zeigt den Spitzenbasisteil 13 und die Ultraschallsonde 14 in einer von links
betrachteten Seitenansicht. Fig. 4 zeigt die Ultraschallsonde 14 in einer Vorderan
sicht.
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 ausgebil
det. Das Wasser, das durch die Zuführrohre fließt, tritt aus zwei nicht gezeigten
Austrittsöffnungen aus, die an der Außenfläche des Spitzenbasisteils 13 vorgese
hen sind. Um ein genaues Ultraschallbild zu erhalten, wird das Wasser, das sich
in einem an dem Videoprozessor vorgesehenen, nicht gezeigten Behälter befin
det, über das Paar Zuführrohre in das Innere des Ballons 19 gebracht, so dass
sich letzterer aufweitet, wie in Fig. 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.
Wie in Fig. 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 ausge
bildet. 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 Spitzenfläche der Ultraschallsonde 14 ausgebil
det, also nicht an der Seitenfläche. Das Sehfeld weitet sich deshalb längs der
Mittelachse RD der Spitze auf. Da das Sehfeld im Wesentlichen mit der Vor
schubrichtung des distalen Endes des Endoskops 10 zusammenfällt, kann die
Bedienperson das flexible Rohr 11 einführen und den Bedienteil 15 manipulieren,
während sie dem Vorschub der Ultraschallsonde 14 zusieht.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde 14. Der Schnitt
verläuft durch die Mittelachse RD der Spitze und in Auf/Ab-Richtung UD. Fig. 6
zeigt eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde 14 längs der in Fig. 5
gezeigten Linie I-I', von der Vorderfläche 14S aus betrachtet. In den Fig. 5 und 6
sind die Lichtleitfaserbündel, die Instrumentenrohre und das an den Bildsensor
angeschlossene Bildsignalkabel nicht gezeigt.
Die Ultraschallsonde 14 enthält einen Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41 und
ein Halteelement 42. Der Sender/Empfänger 41 ist längs des Umfangs der zylin
drischen Ultraschallsonde 14 ausgebildet und an dem Halteelement 12 gehalten.
Eine flexible Leiterplatte 40 zum Übertragen von Signalen, die auf die Ultraschall
wellen und deren Echos bezogen sind, ist mit dem Sender/Empfänger 41 verbun
den. Der Sender/Empfänger 41 besteht aus mehreren Ultraschallvibratoren 41A,
die längs des Umfangs der Ultraschallsonde 14 angeordnet sind, um so die Ra
dialabtastung vorzunehmen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ultraschallvi
bratoren 41A piezoelektrische Elemente, die elektrische Signale in mechanische
Schwingungen umsetzen und umgekehrt.
Über den piezoelektrischen Effekt werden Hochfrequenz-Impulssignale, die dem
Sender/Empfänger 41 über die flexible Leiterplatte 40 zugeführt werden, in Ultra
schallwellen überführt. Der Sender/Empfänger 41 sendet um die Mittelachse RD
der Spitze nacheinander die Ultraschallwellen radial aus. Jede der Ultraschallwel
len wird mit einer vorbestimmten Frequenz und einer vorbestimmten zeitlichen
Festlegung, d. h. einem vorbestimmten Timing, ausgesendet, um so die elektroni
sche 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 bestimmte elektri
sche Signale überführt. Diese elektrischen Signale werden der Ultraschall-
Diagnoseeinrichtung über die flexible Leiterplatte 40 zugeführt.
Fig. 7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der in dem Endoskop 10
ausgebildeten flexiblen Leiterplatte. Fig. 8 zeigt die flache, d. h. noch nicht defor
mierte Leiterplatte.
Die Leiterplatte 40 ist ein flexibles und dünnes Substrat, das unter Verwendung
eines Polyimid- oder Polyesterfilms gefertigt wird. Die Form der flexiblen Leiter
platte 40 kann willkürlich eingestellt werden, d. h. die Leiterplatte 40 kann nach
Bedarf in eine beliebige, vorbestimmte Form gebracht werden. In diesem Ausfüh
rungsbeispiel ist die flexible Leiterplatte 40 wie ein Kegel geformt, wie in Fig. 7
gezeigt ist. Eine mit CL bezeichnete Umfangslinie ist mit dem in Fig. 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 Leiterplatten
streifen gebildet. Die flexiblen Leiterplattenstreifen sind an nicht gezeigte Ultra
schallwellen-Koaxialsignalleitungen angeschlossen. Diese Koaxialsignalleitungen
sind zu einem nicht gezeigten Ultraschallwellen-Koaxialkabel gebündelt, das sich
zu dem Bedienteil 15 hin erstreckt. Die Leiterplattenstreifen erstrecken sich in dem
Biegeteil 12 längs der Mittelachse SD. In den Fig. 7 und 8 ist ein Teil der Leiter
plattenstreifen weggelassen.
Die kegelförmige, flexible Leiterplatte 40 wird durch Rundbiegen der in Fig. 8
gezeigten planen und rechteckigen, flexiblen Leiterplatte 40' geformt. In Fig. 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 Leiter
plattenstreifen 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 Leiterplatten
streifen werden im Folgenden mit CB1, CB2, . . . und CB8 bezeichnet.
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 Ab
schnitt PA ausgebildete gedruckte Verdrahtung SL1. In Fig. 7 sind die gedruckten
Verdrahtungen nicht gezeigt. Die Stärke der einzelnen Signalleitungen der ge
druckten 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.
Die Fig. 9A bis 9C zeigen Schnittansichten der flexiblen Leiterplatte 40 in dem
Spitzenbasisteil 13 und dem Biegeteil 12. Fig. 9A zeigt den Schnitt längs der Linie
II-II', Fig. 9B den Schnitt längs der Linie III-III' und Fig. 9C den Schnitt längs der
Linie IV-IV'. Die vorstehend genannten Linien sind in den Fig. 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 Fig. 8
gezeigten Linien B1-B1', C1-C1', D1-D1' entsprechen den Linien II-II', III-III' bzw.
IV-IV'.
Wie in Fig. 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 Fig. 9B
zeigt. Wie in den Fig. 7 und 9C gezeigt, sind unter den acht Leiterplattenstreifen
CB1 bis CB8 jeweils ein Leiterplattenstreifen und der diesem benachbarte Leiter
plattenstreifen so gebündelt, d. h. zusammengefasst, dass die acht Leiterplatten
streifen vier Paare oder Bündel 46A, 46B, 46C und 46D bilden. Das Streifenbün
del 46A besteht aus den beiden Leiterplattenstreifen CB1 und CB2. Entsprechend
bestehen die Streifenbündel 46B, 46C und 46D aus den beiden Leiterplatten
streifen 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 Leiterplatten
streifen CB1 bis CB 8 getrennt.
Fig. 10 zeigt schematisch die Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitung und das
Ultraschallwellen-Koaxialkabel, die in dem Endoskop vorgesehen sind.
Die acht separaten Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 sind in dem flexiblen Rohr
an lockere (lose) oder ungebündelte Signalleitungen 51 angeschlossen. Die
Signalleitungen 51 bestehen aus acht Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen
SB1, SB2, . . . und SB8, die durch präzises Löten an die acht Leiterplattenstreifen
CB1, CB2, . . . bzw. CB8 angeschlossen sind. Jede der acht zylindrischen Koaxial
signalleitungen SB1 bis SB8 besteht aus einem Kupferdraht, der mit einem Isola
tor, z. B. Polyvinylchlorid, überzogen ist. Die Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8
haben jeweils einen Radius, der kleiner als die Breite LK2 des jeweiligen Leiter
plattenstreifens CB1 bis CB8 ist. Das Ultraschallwellen-Koaxialkabel 50 entsteht
durch Bündelung der acht Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8. Das Bündel der
acht Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 ist von einem Kunstharz 50A bedeckt.
Das Kunstharz 50A ist ein Isolator. Das Koaxialkabel 50 erstreckt sich zu dem
zweiten Anschlussteil 80B hin.
Die acht lockeren Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 sind gegenüber Druck- und
Dehnkräften flexibler als die separaten Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 und das
Koaxialkabel 50. Die genannten Kräfte wirken längs der Mittelachse SD des
Biegeteils 12 und längs der Mittelachse PL des flexiblen Rohrs 11 gegen die
Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8, die acht Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8
und das Koaxialkabel 50. Treten infolge der Biegebewegung Druck- und Dehn
kräfte auf, so werden die Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 gebogen und gezo
gen oder gedehnt, da sie die Kräfte aufnehmen oder absorbieren. Die Koaxialsi
gnalleitungen SB1 bis SB8 sind gegenüber Biegung beständig oder stabil, d. h.
durch Biegen des Biegeteils 12 werden die Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8
nicht geknickt oder gebrochen.
Wie in Fig. 10 gezeigt, sind die acht Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 in dem
Bereich LB2 ungebündelt. Die Länge des Bereichs LB2 längs der Mittelachse PL
ist im Wesentlichen gleich der Länge des Biegeteils 12 längs der Mittelachse SD,
die in Fig. 3 mit LB1 bezeichnet ist.
Fig. 11 zeigt einen Schnitt des Biegeteils 12, von der Spitze aus betrachtet.
Zwischen dem Bedienteil 15 und dem Biegeteil 12 sind Drahtführungen 21A, 21 B,
21C, 21D längs des Umfangs des flexiblen Rohrs 11 und des Biegeteils 12 in
Winkelabständen von 90° angeordnet.
Die Drahtführungen 21A und 21 B sind in Auf/Ab-Richtung UD und die Drahtfüh
rungen 21C und 21D in Links/Rechts-Richtung angeordnet. Die Drähte 20A und
20B sind in den Drahtführungen 21A bzw. 21 B 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 Fig. 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.
Die Lichtleitfaserbündel 35A, 35B und die Zuführrohre 37A, 37B sind symmetrisch
bezüglich einer in Fig. 11 gezeigten Mittellinie U1 angeordnet. Die Mittellinie U1,
die in dem Abschnitt des Biegeteils (in dessen Schnitt) definiert ist und die Mitte
lachse 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 Fig. 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.
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.
Die Streifenbündel 46A, 46B, 46C und 46D sind um das Bildsignalkabel 34, die
Lichtleitfaserbündel 35A und 35B, die Zuführrohre 37A und 37B sowie das In
strumentenrohr 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 sym
metrisch bezüglich der vertikalen Mittellinie U1 und der horizontalen Mittellinie U2
angeordnet.
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.
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 Leiter
platte 40 aus den acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8, die zu den vier Streifen
bündeln 46A, 46B, 44C und 46D zusammengefasst sind.
Die acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 sind in dem flexiblen Rohr 11 an die
acht Ultraschallwellen-Koaxialsignalkabel SB1 bis SB8 angeschlossen. Die acht
Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 sind in dem Bereich LB2 locker, d. h. lose und
ansonsten so gebündelt, dass unter Ausschluss des Bereichs LB2 das Koaxialka
bel 50 ausgebildet wird. Beim Betätigen des Biegeteils 12 werden die lockeren
Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 gebogen und gedehnt, wenn längs der Mitte
lachsen PL und SD Druck- und Dehnkräfte auftreten. Die ungebündelten Koaxial
signalleitungen SB1 bis SB8 absorbieren also durch Biegen und Dehnen die
Druck- und Dehnkräfte. Die Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 werden also längs
der Mittelachsen PL und SD nicht geknickt. Beim Biegen des Biegeteils 12 treten
so in den Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8 kein übermäßiges Biegen oder Deh
nen auf, was zur Folge hat, dass die gedruckten Verdrahtungen auf den Leiter
plattenstreifen CB1 bis CB8 nicht knicken oder brechen.
In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel werden die acht Leiterplattenstreifen
CB1 bis CB8 gefertigt, indem eine einzelne 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. 12, 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 Ultra
schallwellen-SenderlEmpfänger 41 angeschlossen. Dicke und Breite jedes Leiter
plattenstreifens können entsprechend dem Radius des Biegeteils festgelegt
werden.
Claims (3)
1. Ultraschallendoskop mit
einem rohrförmigen Biegeteil, der an die Spitze eines flexiblen Einführrohrs angeschlossen und fernbetätigt biegbar ist,
einer mit dem Biegeteil in Wirkverbindung stehenden Ultraschallsonde mit mehreren umlaufend angeordneten Ultraschallvibratoren, die Ultraschall wellen radial aussenden und deren Echos empfangen,
einer flexiblen Leiterplatte, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogene Signale überträgt und in dem Biegeteil von mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen gebildet ist, die eine Biegebewegung ermöglichen und sich längs einer ersten Mittelachse des Biegeteils erstrecken, und
einem in dem flexiblen Rohr angeordneten Ultraschallwellen-Koaxialkabel, das von mehreren Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen gebildet ist, die sich aus dem Koaxialkabel voneinander getrennt längs einer zweiten Mitte lachse des flexiblen Rohrs erstrecken und mit den flexiblen Leiterplatten streifen verbunden sind,
wobei die Koaxialsignalleitungen in einem vorgegebenen Bereich locker angeordnet und flexibel sind, um Druck- und Dehnkräfte zu absorbieren, die längs der ersten und der zweiten Mittelachse auf die Leiterplattenstreifen, die Koaxialsignalleitungen und das Koaxialkabel wirken.
einem rohrförmigen Biegeteil, der an die Spitze eines flexiblen Einführrohrs angeschlossen und fernbetätigt biegbar ist,
einer mit dem Biegeteil in Wirkverbindung stehenden Ultraschallsonde mit mehreren umlaufend angeordneten Ultraschallvibratoren, die Ultraschall wellen radial aussenden und deren Echos empfangen,
einer flexiblen Leiterplatte, die auf die Ultraschallwellen und deren Echos bezogene Signale überträgt und in dem Biegeteil von mehreren flexiblen Leiterplattenstreifen gebildet ist, die eine Biegebewegung ermöglichen und sich längs einer ersten Mittelachse des Biegeteils erstrecken, und
einem in dem flexiblen Rohr angeordneten Ultraschallwellen-Koaxialkabel, das von mehreren Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen gebildet ist, die sich aus dem Koaxialkabel voneinander getrennt längs einer zweiten Mitte lachse des flexiblen Rohrs erstrecken und mit den flexiblen Leiterplatten streifen verbunden sind,
wobei die Koaxialsignalleitungen in einem vorgegebenen Bereich locker angeordnet und flexibel sind, um Druck- und Dehnkräfte zu absorbieren, die längs der ersten und der zweiten Mittelachse auf die Leiterplattenstreifen, die Koaxialsignalleitungen und das Koaxialkabel wirken.
2. Ultraschallendoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
längs der Mittelachse des flexiblen Rohrs gemessene Länge des genannten
Bereichs mindestens gleich der längs der ersten Mittelachse des Biegeteils
gemessenen Länge der flexiblen Leiterplattenstreifen ist.
3. Ultraschallendoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die flexible Leiterplatte aus einer einzelnen rechteckigen, flexiblen Lei
terplatte gefertigt ist, die zum Ausbilden der Leiterplattenstreifen teilweise
eingeschnitten und anschließend in eine runde Form gebracht wird.
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