JP4674426B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば体腔内挿入型の超音波診断装置として用いられる超音波プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体腔内挿入型の超音波診断装置として、内視鏡等をガイド手段として体腔内に挿入される超音波プローブを備えたものは、例えば図５に示した構成のものが従来から広く使用されている。
【０００３】
図中において、１は内視鏡であり、内視鏡１は本体操作部２に体腔内への挿入部３を連設してなるものであり、この挿入部３の先端部には、周知のように、照明窓及び観察窓からなる内視鏡観察手段が装着されている。本体操作部２から挿入部３の先端に至るまでの部位には、鉗子その他の処置具を挿通するための処置具挿通チャンネル４が設けられており、この処置具挿通チャンネル４の先端は、照明窓，観察窓等を設けた部位の近傍に処置具導出口として開口している。
【０００４】
１０は超音波プローブであって、この超音波プローブ１０は細径の長尺部材からなるプローブ本体１１と走査ユニット１２とを有し、プローブ本体１１の基端部は走査ユニット１２に着脱可能に接続されるものである。走査ユニット１２は超音波観測装置１３及びそのモニタ１４が装着されているラック１５に連結して設けたアーム１６に取り付けられている。この走査ユニット１２からはコード１７が延出されており、コード１７はラック１５に設置した超音波観測装置１３に着脱可能に接続される。なお、走査ユニットは内視鏡１の本体操作部２に装着されるように構成しても良い。
【０００５】
図６にプローブ本体１１の先端部分の断面を示す。プローブ本体１１は、電気絶縁性の良好で、曲げ方向に可撓性を有する樹脂製のチューブで形成した可撓性スリーブ２０を有し、この可撓性スリーブ２０の先端には、音響特性に優れ、保形性の良好な部材からなる先端キャップ２１が連結して設けられている。ここで、先端キャップ２１は可撓性スリーブ２０より大径のものである。従って、内視鏡１の処置具挿通チャンネル４には、挿入部３の先端側から本体操作部２に向けて挿入するようにして装着されるようになっている。
【０００６】
先端キャップ２１は先端が閉塞された構造を有するものであって、先端キャップ２１内には超音波振動子２２が設けられている。この超音波振動子２２は回転方向に走査する回転式超音波プローブであり、超音波振動子２２は走査ユニット１２内に設けたモータ等の駆動手段により回転駆動されるようになっている。このために、走査ユニット１２から可撓性スリーブ２０内を通り、先端キャップ２１の内部に延在させたフレキシブルシャフト２３が設けられる。ここで、フレキシブルシャフト２３は、例えば金属線材からなる密着コイル等で形成される。また、超音波振動子２２は基板２４に装着されており、フレキシブルシャフト２３の先端部はこの基板２４に連結して設けた筒体２５に接続されている。フレキシブルシャフト２３は金属線材を密巻き螺旋状に巻回することにより形成した中空の部材である。なお、走査ユニット１２内には前述したモータ等の駆動手段に加えて、超音波振動子２２の回転角を検出するエンコーダが装着されているが、この走査ユニット１２の内部構成は、従来から周知であるので、その図示及び説明は省略する。
【０００７】
超音波振動子２２には、超音波観測装置１３から駆動パルスが送信されて、この駆動パルスに基づいて体内に向けて超音波が送信される。また、体内組織断層部分からの反射エコーを受信して電気信号に変換されるが、この電気信号は超音波観測装置１３に伝送されて、所定の信号処理が行われる。従って、超音波振動子２２には同軸ケーブル２６が接続されており、この同軸ケーブル２６は基板２４に連結して設けた筒体２５内からフレキシブルシャフト２３の内部に挿通されて走査ユニット１２に着脱可能に接続されるコネクタ２７（図５参照）まで延在される。そして、図７に等価回路として示したように、同軸ケーブル２６の超音波振動子２２への接続部の近傍位置は、両配線２６ａ，２６ｂ間にコイル２８を設けるようにしている。コイル２８は超音波振動子２２と共に基板２４に装着される。
【０００８】
基板２４にコイル２８を装着するに当って、基板２４の手前側の位置にコイル２８を配置すると、先端キャップ２１の長さが長くなってしまう。先端キャップ２１は硬質部材であるから、この先端キャップ２１が長尺化すると、体腔内への挿入操作性に支障を来すことになる。以上のことから、従来技術においては、図６に示したように、基板２４の裏面側、つまり超音波振動子２２を装着した側とは反対側の面にコイル２８を取り付けるように構成したものが用いられる。このために、基板２４の筒体２５への連結部に透孔２４ａを形成して、筒体２５からの同軸ケーブル２６は基板２４の表面側から透孔２４ａを介して裏面側に延在させるようにしている。
【０００９】
ここで、超音波振動子２２は、少なくとも所定の幅と厚みとを有する圧電素子２２ａと、超音波の送受信面側に積層した音響整合層２２ｂと、その反対側の面に積層させたバッキング材２２ｃとの積層体から構成される。また、必要に応じて超音波の送受信面には音響レンズ等が積層される。基板２４には、バッキング材２２ｃが接着等の手段で固着され、もって超音波振動子２２が基板２４に装着される。
【００１０】
圧電素子２２ａの表裏両面にそれぞれ電極２９ａ，２９ｂが形成され、これら各電極２９ａ，２９ｂには配線３０ａ，３０ｂが接続されている。そして、基板２４の裏面には、図８に示したように、コイル２８の端子が接続される電極パターン３１ａ，３１ｂが形成されており、また基板２４におけるこれら電極パターン３１ａ，３１ｂの形成部にスルーホール３２ａ，３２ｂが穿設されている。圧電素子２２ａの両面から延在させた配線３０ａ，３０ｂは、これらスルーホール３２ａ，３２ｂを通って基板２４の裏面側に導き出され、ハンダ付け等の手段によって、電極パターン３１ａ，３１ｂに接続されて、もってコイル２８に電気的に接続されるようになっている。また、フレキシブルシャフト２３から筒体２５内を通した同軸ケーブル２６から導出された配線２６ａ，２６ｂもこの電極パターン３１ａ，３１ｂにハンダ付け等の手段で接続される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先端キャップ２１内において、超音波振動子２２の送受信面は先端キャップ２１の軸芯を含む平面に配置するのが望ましい。圧電素子２２ａ及びバッキング材２２ｃからなる超音波振動子２２の厚み寸法と、基板２４の厚み寸法等から、基板２４の裏面は先端キャップ２１の内面にかなり近い位置となる。しかも、先端キャップ２１の軸線方向の長さを短縮することから、超音波振動子２２は筒体２５の先端部に近接させている。一方、同軸ケーブル２６はフレキシブルシャフト２３及び筒体２５の内部から先端キャップ２１内に導出されるので、この同軸ケーブル２６は先端キャップ２１の軸芯乃至その近傍に配置される。従って、この同軸ケーブル２６を基板２４の裏面側に引き出すには、筒体２５を出た位置で概略９０°曲げるようにしなければならず、また基板２４の裏面側に回り込んだ同軸ケーブル２６からの配線２６ａ，２６ｂは電極パターン３１ａ，３１ｂに接続するために、基板２４の裏面側に回り込んだ同軸ケーブル２６はさらに曲げられることになるが、この部位での曲げは９０°以上とする必要がある。このために、基板２４の裏面側で同軸ケーブル２６は先端キャップ２１の内面側に大きく膨出することになって、先端キャップ２１内面に当接する可能性がある状態に組み込まれることがある。先端キャップ２１の肉厚は薄いものであり、従って外部から押圧すると容易に変形する。
【００１２】
超音波プローブ１０では、フレキシブルシャフト２３を可撓性スリーブ２０内で軸回りに回転駆動することによって、超音波振動子２２をラジアル方向に走査させるようになっているが、超音波振動子２２を回転させると、基板２４の裏面側に回り込ませた同軸ケーブル２６の膨出部分が先端キャップ２１の内面と摺接することがある。その結果、先端キャップ２１を損傷させたり、変形させるだけでなく、甚だしい場合には、この同軸ケーブル２６から導出した配線２６ａ，２６ｂの電極パターン３１ａ，３１ｂへの接続部に断線が生じる等の不都合が生じる。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、超音波振動子が装着される基板の裏面側にコイルを設けた超音波プローブにおいて、超音波振動子及びコイルに接続される同軸ケーブルを基板の裏面側から実質的に突出させることなく、しかも無理なくコンパクトに同軸ケーブルの引き回しを行えるようにすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、可撓性スリーブの先端に先端キャップを装着し、この先端キャップ内に基板に装着した超音波振動子を設け、この基板にはフレキシブルシャフトの先端部と連結して、このフレキシブルシャフトを軸回りに回転させることによって、超音波振動子を回転方向に走査するようにした超音波プローブであって、前記基板の前記超音波振動子の装着面とは反対側面には、コイルが取り付けられると共に、このコイルの両端が接続される一対の電極が設けられ、前記基板には、その超音波振動子の装着部の一部分が含まれる位置に切り欠きが形成されており、前記フレキシブルシャフトの内部に挿通させた同軸ケーブルを前記基板の切り欠きの内部で前記超音波振動子の下面に沿うように延在されており、この同軸ケーブルから導出した配線が前記各電極に接続される構成としたことをその特徴とするものである。
【００１５】
コイルの両端には端子が設けられ、これらの端子は基板の裏面に設けた電極に接続される。電極は、例えば、基板の裏面に印刷等の手段で電極パターンとして形成することができる。同軸ケーブルの内部導体と、外部導体とから引き出した配線が各々電極に接続される。同軸ケーブルから導出させた配線のみが基板の裏面側に回り込めば良く、同軸ケーブル全体を基板の裏面側に回り込ませる必要はない。そこで、基板に切り欠きを形成して、この切り欠きの内部に同軸ケーブルの先端部分を収容させるようにしている。これによって、同軸ケーブルは基板の裏面側に大きくは突出することがなく、この同軸ケーブルの外径寸法によっては切り欠きの内部に完全に埋没するようになる。切り欠きの内部に配置した同軸ケーブルを固定するために、切り欠きの内部に接着剤を充填するのが望ましい。フレキシブルシャフトは直接基板に連結する構成とすることもできるが、フレキシブルシャフトと基板との間を連結する部材を設ける構成とする方が組み付け性等の点から望ましい。この連結部材としては、例えば金属等の高い強度を有する部材からなり、先端キャップ内に位置する大径筒部と、可撓性スリーブ内に位置する小径筒部を連設した筒体により構成し、小径筒部にはフレキシブルシャフトの先端を、また基板は大径筒部に連結するように構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４に基づいて本発明の実施の形態について説明する。超音波診断装置の全体構成については、図５に示した従来技術のものと格別の差異はないので、図５と同一または均等な部材については同一の符号を用い、それらの具体的な構成は省略する。なお、この図５の超音波診断装置は内視鏡をガイド手段として体腔内に挿入するものとしているが、本発明はこのタイプの超音波診断装置に限定されるものではなく、直接、あるいは他のガイド手段によりガイドされて、体腔内に挿入されるものであっても良い。
【００１７】
而して、図１に超音波プローブ５０の先端部分の断面を示す。この超音波プローブ５０は、可撓性スリーブ５１の先端に先端キャップ５２を連結し、この先端キャップ５２の内部に超音波振動子５３が装着され、この超音波振動子５３はフレキシブルシャフト５４により遠隔操作で回転駆動されて、回転方向に走査できるように構成している。また、大型の超音波振動子５３を用いるために、先端キャップ５２は、図５に示されているように、内視鏡１の処置具挿通チャンネル４内に挿通される可撓性スリーブ５１の直径より大きくなっている。以上の点については、従来技術で説明した超音波プローブ１０と格別の差異はない。
【００１８】
超音波振動子５３は基板５５に装着されており、超音波振動子５３は、従来技術で説明したものと同じ構成のもの、つまり基板５５への装着側から、バッキング材、圧電素子、音響整合層を含み、さらに超音波送受信面には必要に応じて音響レンズが積層される。基板５５の基端部は筒体５６に連結されており、フレキシブルシャフト５４の先端部はこの筒体５６に直結されている。可撓性スリーブ５１の内部では筒体５６は小径部５６ａとなっており、先端キャップ５２の内部への延在部は大径部５６ｂとなっており、大径部５６ｂの先端面は先端キャップ５２の内部に開口しており、この開口部に基板５５が連結されている。
【００１９】
ここで、筒体５６の小径筒部５６ａとフレキシブルシャフト５４の先端との連結部を固定するために、フレキシブルシャフト５４の先端を小径筒部５６ａに挿入して、外部から所定箇所にわたってスポット溶接を行うようにしている。一方、大径筒部５６ｂには基板５５が連結されるが、この大径筒部５６ｂには平坦な取付壁５７が形成されており、基板５５の基端部は、この取付壁５７に接合されて、ねじ５８により連結状態に固定されている。従って、筒体５６の全体は高い強度を持たせ、かつ溶接が可能なように、さらには加工性を容易にするために、ステンレス等の金属で形成される。
【００２０】
基板５５は電気絶縁部材からなり、その裏面側、つまり超音波振動子５３が装着されている面とは反対側の面には、図２に示したように、一対の電極パターン５９ａ，５９ｂが形成されている。そして、これら電極パターン５９ａ，５９ｂにはコイル６０の端子がハンダ付け等の手段により接続されている。また、基板５５における電極パターン５９ａ，５９ｂの形成部にはスルーホール６１ａ，６１ｂが穿設されており、超音波振動子５３における圧電素子の表裏両面に形成した電極に接続した配線６２ａ，６２ｂが、このスルーホール６１ａ，６１ｂを通って電極パターン５９ａ，５９ｂにハンダ付け等の手段で接続されている。
【００２１】
フレキシブルシャフト５４の内部には同軸ケーブル６３が挿通されている。そして、この同軸ケーブル６３は、フレキシブルシャフトの内部から筒体５６を貫通して、先端キャップ５２内にまで延在されており、この先端キャップ５２の内部において、この同軸ケーブル６３の内部導体及び外部導体からそれぞれの配線６３ａ，６３ｂを導出させている。そして、これら配線６３ａ，６３ｂは、それぞれ電極パターン５９ａ，５９ｂに接続されるようになっている。
【００２２】
而して、筒体５６は導電性を有する金属で形成される等の関係から、基板５５における電極パターン５９ａ，５９ｂが設けられた部位の直近位置までは同軸ケーブル６３の状態を保持し、これら電極パターン５９ａ，５９ｂを設けた位置の近傍で配線６３ａ，６３ｂが導出されるようになっている。このために、基板５５は、図２に示したように、超音波振動子５３が全面で接合される振動子取付部５５ａと、この振動子取付部５５ａから基端側に延在され、筒体５６の取付壁５７に接合される連結部５５ｂとを備える構成となっている。振動子取付部５５ａは超音波振動子５３より僅かに小さい幅寸法となっており、これにより超音波振動子５３の振動子取付部５５ａに対する固着面積を広くし、かつ回転時に基板５５の端部が先端キャップ５２の内面に対して非接触状態に保たれる。そして、振動子取付部５５ａから基端側に延在させた連結部５５ｂは、振動子取付部５５ａより狭い幅を有するものであり、しかもその幅方向の中間部には切り欠き６４が形成されており、従って連結部５５ｂはふたまたに分かれている。切り欠き６４は、図１にＰで示したように、連結部５５ｂの基端部から振動子取付部５５ａの内部にまで及んでおり、従って超音波振動子５３の裏面が一部分露出する状態になっている。
【００２３】
図３及び図４に示したように筒体５６から導出された同軸ケーブル６３は、この筒体５６における小径筒部５６ａから大径筒部５６ｂへの移行部から斜め下方に延在されて、基板５５に形成した切り欠き６４内でその裏面側に沿うように延在されている。従って、切り欠き６４の幅寸法は少なくとも同軸ケーブル６３の直径より大きくなっており、基板５５の筒体５６への連結強度を考慮して、切り欠き６４の幅寸法は同軸ケーブル６３の外径より僅かに大きい寸法としている。このように、同軸ケーブル６３の先端部分はこの切り欠き６４の内部に完全に埋没するようになり、少なくとも基板５５の裏面側から実質的に浮き上がるようなことはない。つまり、ケーブル６３の先端部分は、切り欠き６４と超音波振動子５３の裏面との間に形成される空間内に収容され、超音波振動子５３の裏面に密着させている。
【００２４】
そして、切り欠き６４に収容させた同軸ケーブル６３の端部から配線６３ａ，６３ｂが導出されており、これら各配線６３ａ，６３ｂは基板５５の裏面に乗り上げて、先端部分は電極パターン５９ａ，５９ｂにハンダ付け等により接続されている。さらに、ケーブル６３の先端部分の収容部となる切り欠き６４と超音波振動子５３の裏面とにより形成される空間内には接着剤６５が充填されており、この接着剤６５により同軸ケーブル６３の先端部分が固着されると共に、配線６３ａ，６３ｂの引き出し部分を封止するようにしている。
【００２５】
以上のように構成することによって、コイル６０を基板５５の裏面側に装着していることから、硬質部分である先端キャップ５２の軸線方向の長さを短縮することができる。ここで、超音波プローブ５０を内視鏡に組み込んだ時に、その挿入部の先端から少なくとも先端キャップ５２が突出しており、この状態のまま体腔内に挿入されることになる。従って、先端キャップ５２の長さが短縮されるようになると、体腔内への挿入操作性が良好になる。
【００２６】
また、フレキシブルシャフト５４に挿通された同軸ケーブル６３は可撓性スリーブ５１の概略軸芯位置に配置されているが、筒体５６の内部であって、その小径筒部５６ａから大径筒部５６ｂへの移行部から基板５５の裏面方向に向けて曲げられる。ただし、基板５５の切り欠き６４内において超音波振動子５３の裏面へ回り込むことから、基板の裏面側に回り込ませる場合と比較して、同軸ケーブル６３の曲げの始端位置から終端位置までの落差Ｄ（図１）が小さくなり、曲げ角度を小さくすることができるので、無理なく引き回すことができる。
【００２７】
しかも、同軸ケーブル６３は切り欠き６４の内部において、超音波振動子５３の裏面に密着させている。従って、同軸ケーブル６３は基板５５の裏面から大きく突出することはない。ここで、同軸ケーブル６３の直径を基板５５の厚み寸法以下とした場合には、この同軸ケーブル６３は基板５５の切り欠き６４内に完全に埋没して、裏面から全く突出することはない。その結果、基板５５の裏面側に突出する部材はコイル６０だけになるので、超音波プローブ５０により回転方向に超音波走査を行うために、基板５５を回転させたとしても、この基板５５を含めて、先端キャップ５２内に設けた部材がこの先端キャップ５２の内面と接触するおそれはない。従って、先端キャップ５２の保護が図られる。
【００２８】
さらに、同軸ケーブル６３の先端部は基板５５の切り欠き６４を構成する側壁と超音波振動子５３の裏面とに囲まれた空間内に配置されて、内部に接着剤６５を充填するようにしているので、同軸ケーブル６３及びその配線６３ａ，６３ｂの引き出し部は強固に固着されることになる。その結果、同軸ケーブル６３がこの空間から脱出するおそれがなくなり、配線６３ａ，６３ｂ等に無理な力が作用して断線が生じる等のおそれはない。つまり、同軸ケーブル６３の先端部分の安定性が極めて向上する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、超音波振動子が装着される基板の裏面側にコイルを設けた超音波プローブにおいて、超音波振動子及びコイルに接続される同軸ケーブルを基板の裏面側から実質的に突出させることなく、しかも無理なくコンパクトに同軸ケーブルの引き回しを行える等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す超音波プローブにおける先端部分の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】同軸ケーブルを接続した基板を裏面側から見た斜視図である。
【図５】内視鏡をガイド手段として体腔内に挿入される超音波プローブを備えた超音波診断装置の全体構成図である。
【図６】従来技術による超音波プローブの先端部分の断面図である。
【図７】超音波振動子にコイルを接続する構成とした場合の等価回路図である。
【図８】図６の基板の底面図である。
【符号の説明】
５０ 超音波プローブ
５１ 可撓性スリーブ
５２ 先端キャップ
５３ 超音波振動子
５４ フレキシブルシャフト
５５ 基板
５５ａ 振動子取付部
５５ｂ 連結部
５６ 筒体
５６ａ 小径筒部
５６ｂ 大径筒部
５９ａ，５９ｂ 電極パターン
６０ コイル
６３ 同軸ケーブル
６３ａ，６３ｂ 配線
６４ 切り欠き
６５ 接着剤

Claims (3)

1. 可撓性スリーブの先端に先端キャップを装着し、この先端キャップ内に基板に装着した超音波振動子を設け、この基板はフレキシブルシャフトにより回転駆動されて、超音波振動子が回転方向に走査するようにした超音波プローブにおいて、
   前記基板の前記超音波振動子の装着面とは反対側面には、コイルが取り付けられると共に、このコイルの両端が接続される一対の電極が設けられ、
   前記基板には、その超音波振動子の装着部の一部分が含まれる位置に切り欠きが形成されており、
   前記フレキシブルシャフトの内部に挿通させた同軸ケーブルを前記基板の切り欠きの内部で前記超音波振動子の下面に沿うように延在されており、
   この同軸ケーブルから導出した配線が前記各電極に接続される
   構成としたことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記基板の切り欠きの内部には接着剤が充填されて、この接着剤により前記同軸ケーブルが固定されるように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
3. 前記先端キャップ内に位置する大径筒部と、前記可撓性スリーブ内に位置する小径筒部を連設した金属製の筒体を設け、前記フレキシブルシャフトの先端は前記小径筒部に連結され、また前記基板は前記大径筒部に連結する構成としたことを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。

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