JP5792422B6 - 超音波内視鏡 - Google Patents

Abstract

本発明の超音波内視鏡は、矩形形状の上面から超音波を送受信する超音波振動子部(20)と、前記超音波振動子部(20)の前記上面及び側面を覆うことで四角柱形状を形成し、前記四角柱形状の四隅のうち少なくとも１つの角を切り落とした面取り部を有する音響レンズ(23)と、超音波振動子部(20)及び前記音響レンズ(23)を収容する筐体であって、前記四角柱形状の音響レンズ(23)が嵌め込まれる矩形形状の第１開口部(31)、及び前記第１開口部(31)内から前記ケーブル(21)を導出する第２開口部(32)を有し、前記面取り部と前記第１開口部(31)の角との間に接着剤を流出する隙間である接着剤流出口を形成するハウジング(30)と、前記ハウジング(30)内に充填されて前記接着剤流出口を満たす接着剤(33)と、を有する。

Description

本発明は、超音波振動子部を収容するハウジング内に接着剤を充填した超音波内視鏡に関する。

医療分野において使用される内視鏡には、被検体内に導入可能な挿入部を具備し、該挿入部の先端部に超音波を送受信するための超音波振動子部を備えたものがある。例えば、日本国特開平９−７５３４５号公報には、超音波ビームの走査が可能な超音波振動子部を備えた超音波内視鏡が開示されている。

超音波振動子部の超音波の送受信を行う面である上面は、音響レンズによって覆われている。音響レンズを含む超音波振動子部は、超音波の送受信を行う上面を除き、筐体であるハウジング内に収容される。音響レンズを含む超音波振動子部がハウジング内に収容された状態において、ハウジング内には接着剤が充填されており、ハウジング内への液体や気体の侵入を防止している。

超音波内視鏡の製造過程においては、音響レンズを含む超音波振動子部を収容するハウジング内の水密性、気密性を高めるために、ハウジング内に気泡が残存しないように接着剤を充填する必要がある。しかし、気泡を排出するための孔をハウジングに設けた場合には、孔を形成する箇所をハウジングに設ける必要があるため、ハウジングが大型化してしまう。ハウジングの大型化は、超音波内視鏡の先端部の大型化に繋がるため、好ましくない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、超音波振動子部を収容し接着剤が充填されるハウジングを大型化することなく、ハウジング内の気泡の残存を防止した超音波内視鏡を提供することを目的とする。

本発明の一態様の超音波内視鏡は、超音波を送受信する超音波振動子と、前記超音波振動子を接着剤を介して固定する収容するハウジングと、前記超音波振動子を露出させるための、前記ハウジングに形成された矩形形状の第１開口部を構成する内周面と、前記超音波振動子の上面から少なくとも側面までを構成する音響レンズと、前記音響レンズの側面に設けられ、前記接着剤が前記第１開口部から外部に流出するための接着材流出口を前記内周面との間で形成する面取り部と、を有する。

超音波内視鏡の構成を説明する図である。 超音波振動子部及び音響レンズを収容したハウジングの上面を示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズを収容したハウジングの側面を示す図である。 図２のIV-IV断面図である。 図２のV-V断面図である。 超音波振動子部及び音響レンズの上面を示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズの側面を示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズを収容したハウジングの上面を拡大して示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズをハウジング内に収容する手順を示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズをハウジング内に収容する手順を示す図である。 超音波振動子部及び音響レンズをハウジング内に収容する手順を示す図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示す本実施形態の超音波内視鏡１は、被検体内において超音波ビームを電子的に走査することによって、被検体内の所定の部位の超音波断層像（Ｂモード画像）を得る装置である。

超音波内視鏡１の全体の構成は周知であるため詳細な説明は省略するものとするが、以下に、超音波内視鏡１の概略的な構成を説明する。超音波内視鏡１は、被検体の体内に導入可能な挿入部２と、挿入部２の基端に位置する操作部３と、操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とを有して主に構成されている。

挿入部２は、先端に配設される先端部１０、先端部１０の基端側に配設される湾曲自在な湾曲部１１、及び湾曲部１１の基端側に配設され操作部３の先端側に接続される可撓性を有する可撓管部１２が連設されて構成されている。なお、超音波内視鏡１は、挿入部２に可撓性を有する部位を持たない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。

挿入部２の先端部１０には、超音波を送受信する詳しくは後述する超音波振動子部２０の他に、図示しないが、光学像を撮像するための撮像装置及び照明装置、及び処置具を突出させるための処置具挿通口等が設けられている。

操作部３には、湾曲部１１の湾曲を操作するためのアングル操作ノブ１３が設けられている。また操作部３には、先端部１０に設けられた開口部からの流体の送出動作や吸引動作の制御を行うためのスイッチ等が設けられている。

ユニバーサルコード４の基端部には図示しない光源装置に接続される内視鏡コネクタ４ａが設けられている。光源装置から発せられた光は、ユニバーサルコード４、操作部３及び挿入部２に挿通された光ファイバケーブルを伝わって、先端部１０の照明装置から出射される。なお、超音波内視鏡１は、先端部１０に配設された照明装置にＬＥＤ等の光源装置が設けられる構成であってもよい。

内視鏡コネクタ４ａからは、電気ケーブル５及び超音波ケーブル６が延出している。電気ケーブル５は、図示しないカメラコントロールユニットに電気コネクタ５ａを介して着脱自在に接続される。カメラコントロールユニットは、先端部１０に設けられた撮像装置によって撮像された画像を、画像表示装置８に出力する装置である。

また、超音波ケーブル６は、超音波観察制御装置７に超音波コネクタ６ａを介して着脱自在に接続される。超音波コネクタ６ａは、超音波ケーブル６、ユニバーサルコード４、操作部３及び挿入部２に挿通されたケーブル２１を介して、超音波振動子部２０が備える後述する複数の振動子素子２２に電気的に接続される。

超音波観察制御装置７は、超音波振動子部２０による超音波の送受信動作の制御、及び超音波断層像の生成を行い、超音波断層像を画像表示装置８に出力する装置である。なお、超音波内視鏡１は、超音波観察制御装置７及び画像表示装置８を具備しない構成であってもよい。

次に、超音波内視鏡１の超音波振動子部２０が配設された部位の構成について説明する。超音波振動子部２０は、挿入部３の先端部１０において、ハウジング３０によって保持されている。

図２は、超音波振動子部２０とハウジング３０の上面を示す図である。図３は、ハウジング３０の側面を示す図である。図４は、図２のIV-IV断面図である。図５は、図２のV-V断面図である。

超音波振動子部２０は、１列に配列された複数の振動子素子２２からなる。ここで、超音波振動子部２０について超音波を送受信する面を上面２０ａとし、反対側の面を下面と称するものとする。また、上面２０ａ及び下面に交差する面を側面と称する。なお、振動子素子２２は、複数列で配列されていてもよい。

振動子素子２２は、電気信号と超音波とを相互に変換する圧電素子や電歪素子、もしくはマイクロマシン技術による超音波トランスデューサ（ＭＵＴ；Micromachined Ultrasonic Transducer）である。

本実施形態では一例として、振動子素子２２は圧電材料からなる圧電素子であり、図５に示すように、圧電材料を挟んで配設された上部電極２２ａ及び下部電極２２ｂを有する。上部電極２２ａは、超音波振動子部２０の上面２０ａ側に配設され、下部電極２２ｂが下面側に配設されている。

振動子素子２２は、上部電極２２ａ及び下部電極２２ｂ間に印加される電圧に応じて、上部電極２２ａ及び下部電極２２ｂに挟まれた方向に伸縮するように変形する。下部電極２２ｂの圧電素子とは反対側の面は、非導電材料からなるバッキング材２６に接している。バッキング材２６は、超音波振動子部２０の側面を囲う保持枠２９内に充填された後に硬化した合成樹脂である。

バッキング材２６は、振動子素子２２の下部電極２２ｂ側から放射される超音波、及び先端部１０の内側から振動子素子２２に向かう超音波を吸収する部材である。このため、本実施形態において、振動子素子２２による超音波の送受信は、上部電極２２ａが設けられた上面２０ａ側において行われる。

本実施形態では一例として、超音波振動子部２０の上面２０ａは外側（上方）に向かって凸形状の円筒面形状に湾曲している。超音波振動子部２０を構成する複数の振動子素子２２は、上面２０ａの円周方向に沿って１列に配列されている。

超音波振動子部２０の上面２０ａは、上面２０ａの法線に沿う方向から見た場合に矩形形状となる。上面２０ａの法線に沿う方向から見た場合とは、図２に示すように、超音波振動子部２０の上面２０ａに対向する方向から見た場合である。複数の振動子素子２２は、矩形形状である超音波振動子部２０の上面２０ａの長手方向に沿って１列に配列されている。

本実施形態においては、超音波振動子部２０の上面２０ａは、円筒面に沿って湾曲し、当該円筒面の円周方向を長手方向とした矩形形状を有する。超音波振動子部２０は、円筒面の法線に沿う方向（径方向）に超音波ビームを送信可能であり、円周方向に超音波ビームの走査が可能である。このような超音波振動子部２０を有する超音波内視鏡１は、一般に電子走査式コンベックス型超音波内視鏡と称される。なお、超音波振動子部２０による超音波ビームの走査形式は本実施形態に限られるものではなく、上面２０ａが平面状であり複数の振動子素子２２が直線状に配列されたリニア形式であってもよい。

本実施形態では、振動子素子２２の上部電極２２ａは、接地電位とされるグランド電極であり、下部電極２２ｂは、電圧信号の入出力を行うための信号電極である。上部電極２２ａは、図５に示すように接地電位配線２７を介してケーブル２１に電気的に接続されている。また、下部電極２２ｂは、信号配線２８及び回路基板２４を介してケーブル２１に電気的に接続されている。回路基板２４と振動子素子２２とは、バッキング材２６によって固着されている。

超音波振動子部２０の上面２０ａ上には、音響整合層２５が配設されている。音響整合層２５は、振動子素子２２と後述する音響レンズ２３との音響インピーダンスマッチングを行う部材である。音響整合層２５は、振動子素子２２と音響レンズ２３の音響インピーダンスの差異に応じて適宜に設けられるものである。したがって、例えば振動子素子２２と音響レンズ２３の音響インピーダンスの差が小さい場合には不要となる。また、音響整合層２５は、異なる材料からなる複数の層を厚さ方向に重ねた形態であってもよいし、単層の形態であってもよい。

音響レンズ２３は、超音波振動子部２０の上面２０ａ及び側面を覆う部材である。音響レンズ２３は、例えばシリコーン等の非導電材料からなる。図６は、超音波振動子部２０及び超音波振動子部２０を覆う音響レンズ２３の上面を見た図である。図７は、超音波振動子部２０及び超音波振動子部２０を覆う音響レンズ２３の側面を見た図である。

図６に示すように、音響レンズ２３は、超音波振動子部２０の上面２０ａ及び側面を覆うことによって、四角柱形状を形成する。より具体的には、上面２０ａに対向する方向から見た場合において、音響レンズ２３の外形は、振動子素子２２の配列方向を長手方向とした矩形形状となる。

そして、上面２０ａに対向する方向から見た場合における、音響レンズ２３の外形の四隅のうちの少なくとも１つの角には、当該角を切り落とした面取り部２３ａが形成されている。面取り部２３ａは、音響レンズ２３の角の稜線の全体にわたって形成されている。本実施形態では一例として、面取り部２３ａは、音響レンズ２３の外形の四隅の全てに形成されている。

より詳細に、図６に示すように、面取り部２３ａは、上面２０ａに対向する方向から見た場合に矩形形状となる音響レンズ２３の上面の長辺に対する角度θが４５度未満である。すなわち、面取り部２３ａは、音響レンズ２３の上面の振動子素子２２の配列方向に平行な辺に対する角度θが４５度未満である。

言い換えるならば、上面２０ａに対向する方向から見た場合における、音響レンズ２３の面取り部２３ａによって切り落とされた部分の形状は、振動子素子２２の配列方向に平行な辺の長さＬ１が、この長さＬ１の辺に直交する辺の長さＬ２よりも長い直角三角形となる。

このように、面取り部２３ａによって切り落とされた直角三角形の部分を、振動子素子２２の配列方向に細長な形状とすることにより、上面２０ａに対向する方向から見た場合における、上面２０ａの短辺の長さに占める面取り部２３ａの割合を小さくすることができる。これにより、面取り部２３ａと振動子素子２２との干渉を避けることが可能となり、面取り部２３ａを設けることによる音響レンズ２３の短辺の長さの増大を防止できる。

超音波内視鏡１の組み立て時においては、図６及び図７に示すように、超音波振動子部２０がケーブル２１の先端に接続され、音響レンズ２３が超音波振動子部２０に固着されてなる超音波ユニット４０が作製される。そして、この超音波ユニット４０が、後述するハウジング３０内に収められ、固定される。

ハウジング３０は、内部に超音波ユニット４０を収容する空間を有する筐体である。ハウジング３０には、音響レンズ２３の超音波振動子部２０の超音波を透過する上面を外方に露出する第１開口部３１と、超音波振動子部２０に接続されたケーブル２１を導出する第２開口部３２と、が形成されている。ハウジング３０内に収容された音響レンズ２３及び超音波振動子部２０は、ハウジング３０内に充填された接着剤３３によって固定されている。

第１開口部３１は、四角柱形状である音響レンズ２３が、所定の隙間を有して嵌り込む矩形形状の穴部である。図８に示すように、第１開口部３１内に音響レンズ２３が嵌り込んだ状態において、音響レンズ２３の外周面と第１開口部３１の内周面との間には隙間が生じる。

特に、音響レンズ２３には面取り部２３ａが設けられていることから、この面取り部２３ａと第１開口部３１の角部との間には、直角三角形形状の隙間である接着剤流出口３４が形成される。接着剤流出口３４の形状は、上面２０ａに対向する方向から見た場合に、振動子素子２２の配列方向に細長な直角三角形となる。

接着剤流出口３４を含む音響レンズ２３の外周面と第１開口部３１の内周面との間の隙間には、接着剤３３が充填されている。

第２開口部３２は、第１開口部３１とハウジング３０の外部とを連通する貫通孔であり、複数の同軸線の束であるケーブル２１が所定の隙間を有して挿通される。

本実施形態では、音響レンズ２３の外周面と第１開口部３１の内周面との間の隙間の総断面積は、第２開口部３２とケーブル２１との間に生じる隙間の総断面積よりも広い。このため、ハウジング３０内に充填された硬化する前の接着剤３３は、第１開口部３１の隙間から流出しやすくなり、第２開口部３２側からは流出しにくくなる。よって、第２開口部３２からケーブル２１に沿って流れ出る接着剤３３の量を抑制することができ、硬化した後の接着剤３３によってケーブル２１の屈曲が妨げられることを防止できる。

次に、超音波ユニット４０を、ハウジング３０内に接着剤３３を用いて固定する手順について説明する。

まず、図９に示すように、ケーブル２１を、ハウジング３０の第１開口部３１側から第２開口部３２内に挿通する。次に、図１０に示すように、ハウジング３０の第１開口部３１内を、脱泡済みの硬化前の接着剤３３で満たす。図１０及び図１１では、脱泡済みの硬化前の状態にある接着剤３３を、網掛けのハッチングで示している。接着剤３３は、重力によって第２開口部３２とケーブル２１との間の隙間から流れ出し難い粘度を有するものが使われる。

次に図１１に示すように、接着剤３３によって満たされた第１開口部３１内に、超音波振動子部２０及び音響レンズ２３を挿入する。前述のように、第１開口部３１に生じる隙間の断面積の方が、第２開口部３２に生じる断面積よりも広いことから、接着剤３３は、主として第１開口部３１に生じる隙間から流出する。

ここで、接着剤３３は、音響レンズ２３の外周面全体に生じる隙間から流出するため、音響レンズ２３の外周面と第１開口部３１の内周面との間の隙間は、接着剤３３によって満たされ、気泡が残存することがない。

また、第１開口部３１を接着剤３３によって満たした後に、接着剤３３を押し出すように超音波振動子部２０及び音響レンズ２３を第１開口部３１内に挿入することによって、ハウジング３０内の気泡は接着剤３３と共にハウジング３０の外部に排出される。

本実施形態では、隙間を広げた接着剤流出口３４が形成されていることから、気泡は接着剤３３とともに引っかかり無く容易に排出される。また、流出する接着剤３３には接着剤流出口３４へ向かう流れが生じるため、音響レンズ２３や超音波振動子部２０の下面と接着剤３３との間に挟まれた気泡も、接着剤３３と共に接着剤流出口３４からハウジング３０の外部に排出される。

また、本実施形態では、矩形形状である第１開口部３１の四隅の全てに接着剤流出口３４を形成することによって、第１開口部３１内の接着剤３３を、偏り無く流出させることができ、接着剤３３が停滞しやすい箇所を無くすことができる。すなわち、本実施形態によれば、ハウジング３０内の気泡が残存しやすい箇所を無くすことができる。

そして、流出した接着剤３３を拭き取った後に、接着剤３３を硬化させることにより、超音波ユニット４０がハウジング３０内に固定される。

以上に説明したように、本実施形態の超音波内視鏡１では、ハウジング３０の第１開口部３１と音響レンズ２３との間に、接着剤３３を流出させる接着剤流出口３４を形成している。接着剤流出口３４が形成されていることによって、接着剤３３の硬化後に、ハウジング３０内に気泡が残存することを防止できる。

ここで、接着剤流出口３４は、音響レンズ２３の角部に面取り部２３ａを設けることによって形成されるものであることから、第１開口部３１の開口面積を広げることなく設けることが可能である。したがって、本実施形態では、ハウジング３０の寸法を大きくすることなく、ハウジング３０内に充填される接着剤３３の気泡の排出を容易なものとし、気泡が残存を防止できる。

特に、本実施形態では、接着剤流出口３４を振動子素子２２の配列方向に細長な直角三角形とすることによって、接着剤流出口３４の存在が振動子素子２２の寸法に干渉することを防止している。よって、本実施形態では、ハウジング３０の寸法を大きくすることなく、かつ振動子素子２２の寸法を小さくすることなく接着剤流出口３４を設けることを可能としている。

以上に説明したように、本発明は、超音波振動子部２０及び音響レンズ２３を収容し接着剤３３が充填されるハウジング３０を大型化することなく、かつハウジング３０内に気泡が残存することのない超音波内視鏡１を実現する。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波内視鏡もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本出願は、２０１４年１月６日に日本国に出願された特願２０１４−４６７号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (5)

1. 超音波を送受信する超音波振動子と、
   前記超音波振動子を接着剤を介して固定する収容するハウジングと、
   前記超音波振動子を露出させるための、前記ハウジングに形成された矩形形状の第１開口部を構成する内周面と、
   前記超音波振動子の上面から少なくとも側面までを構成する音響レンズと、
   前記音響レンズの側面に設けられ、前記接着剤が前記第１開口部から外部に流出するための接着材流出口を前記内周面との間で形成する面取り部と、
   を有することを特徴とする超音波内視鏡。
2. 前記音響レンズは、前記上面から見た際に、矩形形状の角を切り欠いた形状であることを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
3. 前記超音波内視鏡は、一端が前記超音波振動子に電気的に接続されているケーブル、
   をさらに有し、
   前記ハウジングは、前記第１開口部内から前記ケーブルを導出する第２開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
4. 前記超音波振動子は、複数の振動子素子を前記上面に沿って一列に並べて成り、
   前記接着剤流出口の形状は、前記振動子素子の配列方向に細長な直角三角形であることを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
5. 前記接着剤流出口を含む前記第１開口部と前記音響レンズとの隙間の断面積は、前記第２開口部と前記ケーブルとの隙間の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の超音波内視鏡。

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