CN115916063A - 超声波振子单元及超声波内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制因灭菌气体引起的电接合部的劣化的超声波振子单元及超声波内窥镜。通过具有导电性的树脂材料(102)接合从同轴电缆(56)到压电体(49)的电接合部(100、104)，并通过阻气性的环氧树脂层(106)包覆使用树脂材料(102)的电接合部(100、104)。

Description

超声波振子单元及超声波内窥镜

技术领域

本发明涉及一种超声波振子单元及超声波内窥镜。

背景技术

近年来，在医疗现场使用超声波内窥镜，所述超声波内窥镜通过对受检者的体内照射超声波，接收其反射波并将其影像化来观察体内的状态。

这种超声波内窥镜例如如专利文献1所公开，在插入体内的插入部的前端部设置有超声波振子单元。通常，超声波振子单元具有由多个超声波振子(换能器)构成的超声波振子阵列，超声波振子阵列安装并保持在设置于前端部的外装部件上。

并且，在专利文献1中，公开有一种连接结构，所述连接结构通过焊锡线或导电糊料(例如，银糊)来电连接超声波振子的电极焊盘与柔性印刷配线基板(以下，简称为FPC(Flexible Printed Circuit：挠性印制电路板))的电极焊盘。另外，在上述的FPC上连接有一端与超声波用处理器装置电连接的多个同轴电缆的另一端。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/003322号

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，在上述的连接结构中，使用焊锡的连接结构在配置焊锡线时焊锡的热传递到超声波振子，则有时会因其热而导致在超声波振子中产生微型裂纹。在这种情况下，会成为使超声波图像的品质下降的原因，因此不优选。另一方面，使用导电糊料的连接结构虽然能够消除上述的因焊锡引起的热问题，但存在以下问题。

即，超声波内窥镜在被用于手术之后，例如，被放入到气体灭菌装置的灭菌槽内进行清洗。在这种情况下，超声波内窥镜通过在减压气氛下暴露在环氧乙烷气体或过氧化氢等离子体气体等灭菌气体中而进行清洗，但是灭菌气体具有使灭菌气体所接触的部件变质或劣化的成分。因此，若通过灭菌气体多次清洗超声波振子单元，则例如存在由导电糊料所形成的电接合部劣化而发生断线的情况。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制因灭菌气体引起的电接合部的劣化的超声波振子单元及超声波内窥镜。

用于解决技术课题的手段

为了达成本发明的目的，本发明的超声波振子单元配置在内窥镜插入部的前端部，并具有多个超声波振子，所述超声波振子单元中，超声波振子具有压电体，与压电体电接合的电缆贯穿前端部的内部空间，通过具有导电性的树脂材料接合从电缆到压电体的多个电接合部中的至少一个，通过第一树脂层包覆使用树脂材料的电接合部，第一树脂为阻气性的环氧树脂。

本发明的一方式中，优选环氧树脂具有聚氧化烯结构。

本发明的一方式中，优选环氧树脂包含醇化合物。

本发明的一方式中，优选醇化合物的羟基当量为25以上且150以下，分子量为50以上且500以下。

本发明的一方式中，优选环氧树脂具有聚酰胺结构。

本发明的一方式中，优选通过第二树脂层填充供电缆贯穿的前端部的内部空间，第二树脂为环氧树脂。

本发明的一方式中，优选环氧树脂具有聚酰胺结构。

本发明的一方式中，优选第一树脂层与第二树脂层相比，固化前的粘度更高。

为了达成本发明的目的，本发明的超声波内窥镜具有：插入部，插入体内；超声波观测部，设置在插入部的前端；及本发明的超声波振子单元，设置在超声波观测部。

发明效果

根据本发明，能够抑制因灭菌气体引起的电接合部的劣化。

附图说明

图1是表示超声波检查系统的结构的一例的概略结构图

图2是表示图1的超声波内窥镜的前端部40及其附近的部分放大俯视图

图3是沿图2的III-III线剖切的剖视图

图4是沿图3所示的IV-IV线剖切的剖视图

图5是同轴电缆的剖视图

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明所涉及的超声波振子单元及超声波内窥镜的优选实施方式进行说明。

图1是表示使用实施方式的超声波内窥镜12的超声波检查系统10的一例的概略结构图。

如图1所示，超声波检查系统10具备：超声波内窥镜12；超声波用处理器装置14，生成超声波图像；内窥镜用处理器装置16，生成内窥镜图像；光源装置18，向超声波内窥镜12供给照亮体腔内的照明光；及显示器20，显示超声波图像及内窥镜图像。并且，超声波检查系统10具备：送水罐21a，储存清洗水等；及抽吸泵21b，抽吸体腔内的抽吸物。

超声波内窥镜12具有：插入部22，插入受检体的体腔内；操作部24，连接设置在插入部22的基端部且用于由执刀医生进行操作；及通用塞绳26，一端与操作部24连接，并且在插入部22的前端部40具备后述的超声波观察部36与内窥镜观察部38。

在操作部24上并列设置：送气送水按钮28a，打开和关闭来自送水罐21a的送气送水管路(未图示)；及抽吸按钮28b，打开和关闭来自抽吸泵21b的抽吸管路(未图示)。并且，在操作部24上设置有一对弯角钮29、29及处置器具插入口30。

在通用塞绳26的另一端部上设置有：超声波用的连接器32a，与超声波用处理器装置14连接；内窥镜用的连接器32b，与内窥镜用处理器装置16连接；及光源用连接器32c，与光源装置18连接。超声波内窥镜12经由这些连接器32a、32b及32c分别装卸自如地连接于超声波用处理器装置14、内窥镜用处理器装置16及光源装置18。并且，连接器32c具备：送气送水用软管34a，与送水罐21a连接；及抽吸用软管34b，与抽吸泵21b连接。

插入部22从前端侧依次具有：前端部40，具有超声波观察部36和内窥镜观察部38；弯曲部42，连接设置于前端部40的基端侧；及软性部43，连结弯曲部42的基端侧与操作部24的前端侧之间。

通过转动操作设置在操作部24的一对弯角钮29、29而远程弯曲操作弯曲部42。由此，能够使前端部40朝向所期望的方向。

超声波用处理器装置14生成并供给用于使后述的超声波观察部36的超声波振子单元46(参考图2)的超声波振子阵列50产生超声波的超声波信号。并且，超声波用处理器装置14通过超声波振子阵列50接收并获取从放射了超声波的观察对象部位反射的回波信号，并对所获取的回波信号实施各种信号处理而生成显示在显示器20上的超声波图像。

内窥镜用处理器装置16接收并获取在内窥镜观察部38中，从被来自光源装置18的照明光照亮的观察对象部位获取的摄像图像信号，并对所获取的图像信号实施各种信号处理及图像处理而生成显示在显示器20上的内窥镜图像。

光源装置18为了使用内窥镜观察部38拍摄体腔内的观察对象部位而获取图像信号，产生由红光、绿光及蓝光等3原色光构成的白色光或特定波长光等的照明光，在超声波内窥镜12内的光导件(未图示)等中传播，并从内窥镜观察部38射出，从而照亮体腔内的观察对象部位。

显示器20接收由超声波用处理器装置14及内窥镜用处理器装置16生成的各视频信号，并显示超声波图像及内窥镜图像。关于这些超声波图像及内窥镜图像的显示，也能够适当地切换仅任意一个图像而显示在显示器20上，或同时显示两个图像。

接着，参考图2至图4，对前端部40的结构进行说明。

图2是表示图1所示的前端部40及其附近的部分放大俯视图。图3是沿图2所示的III-III线剖切的剖视图，是将前端部40以沿其长度方向的中心线剖切的纵剖视图。图4是沿图3所示的IV-IV线剖切的剖视图，是以前端部40的超声波观察部36的超声波振子阵列50的圆弧结构的中心线剖切的横剖视图。

如图2及图3所示，在前端部40上，在前端侧搭载有用于获取超声波图像的超声波观察部36、在基端侧搭载有用于获取内窥镜图像的内窥镜观察部38，并且，在超声波观察部36与内窥镜观察部38之间，设置有处置器具导出口44。

内窥镜观察部38由观察窗82、物镜84、固体成像元件86、照明窗88、清洗喷嘴90、及由多个同轴电缆(未图示)等构成的配线电缆92等构成。

处置器具导出口44与贯穿插入部22的内部的处置器具通道45连接，从图1的处置器具插入口30插入的处置器具(未图示)经由处置器具通道45而从处置器具导出口44向体腔内导出。

如图2至图4所示，超声波观察部36具备超声波振子单元46、保持超声波振子单元46的外装部件41、及在超声波振子单元46上配线的多个同轴电缆56。另外，外装部件41由硬质树脂等硬质部件构成，并构成前端部40的一部分。

超声波振子单元46具有：超声波振子阵列50，由多个超声波振子48构成；电极52，设置在超声波振子阵列50的宽度方向(与插入部22的纵轴方向正交的方向)的端部侧；背衬材料层54，从下表面侧支撑各超声波振子48；FPC60，沿背衬材料层54的宽度方向的侧面配设且与电极52连接；及作为第二树脂层的填充剂层80，填充在外装部件41与背衬材料层54之间的内部空间55。

并且，超声波振子单元46具有：声匹配层76，层叠在超声波振子阵列50上；及声透镜78，层叠在声匹配层76上。即，超声波振子单元46构成为具有声透镜78、声匹配层76、超声波振子阵列50及背衬材料层54的层叠体47。

超声波振子阵列50由朝向外侧排列成凸圆弧状的多个直方体形状的超声波振子48构成。该超声波振子阵列50例如是由48个至192个超声波振子48构成的48通道至192通道的阵列。这些超声波振子48分别具有压电体49。

作为一例，本例的超声波振子阵列50是多个超声波振子48以预先设定的间距排列成一维阵列状而成的。构成这种超声波振子阵列50的各超声波振子48沿着前端部40的轴线方向(插入部22的纵轴方向)以凸弯曲状等间隔地排列，根据从超声波用处理器装置14(参考图1)输入的驱动信号依次被驱动。由此，将排列有图2所示的超声波振子48的范围作为扫描范围而进行凸面电子扫描。

并且，超声波振子阵列50的电极52具有：按每个超声波振子48分别独立的个别电极52a；及作为所有超声波振子48共用的共用电极的振子接地52b。在图4中，多个个别电极52a配设在多个超声波振子48的端部的下表面，振子接地52b设置在超声波振子48的端部上表面。

声匹配层76用于获取受检体与超声波振子48之间的声阻抗匹配。

声透镜78用于使从超声波振子阵列50发出的超声波朝向观察对象部位会聚。并且，为了在声匹配层76中获取受检体与超声波振子48之间的声阻抗匹配，且为了提高超声波的透射率，根据需要，在声透镜78中混合氧化钛、氧化铝或二氧化硅等粉末。该声透镜78例如由硅系树脂(可磨(millable)型硅橡胶及液态硅橡胶等)、丁二烯系树脂或聚氨酯系树脂形成。

如图3及图4所示，背衬材料层54是由背衬材料构成的部件的层，其配设于相对于多个超声波振子48的排列面为内侧的，即超声波振子阵列50的背面(下表面)。因此，背衬材料层54机械且灵活地支撑超声波振子阵列50，并且具有衰减从多个超声波振子48振荡或者从观察对象反射而传播的超声波信号中的向背衬材料层54侧传播的超声波的作用。因此，背衬材料由硬质橡胶等具有刚性的材料构成，并且根据需要添加有超声波衰减材料(铁氧体、陶瓷等)。

填充剂层80填埋外装部件41与背衬材料层54之间的内部空间55，并且具有固定FPC60、同轴电缆56及各种配线部分的作用。并且，填充剂层80优选以规定以上的精度来匹配与背衬材料层54的声阻抗，以使在与背衬材料层54的边界面，不反射从超声波振子阵列50传播到背衬材料层54侧的超声波信号。而且，为了提高释放在多个超声波振子48中产生的热的效率，填充剂层80优选由具有散热性的部件构成。在填充剂层80具有散热性的情况下，由于从背衬材料层54、FPC60及同轴电缆56等接收热量，因此能够提高散热效率。

根据如上所述构成的超声波振子单元46，若驱动超声波振子阵列50的各超声波振子48，向超声波振子48的两电极52施加电压，则压电体49振动而依次产生超声波，并朝向受检体的观察对象部位照射超声波。然后，通过利用多工器等电子开关依次驱动多个超声波振子48，在沿配置有超声波振子阵列50的曲面的扫描范围内，例如从曲面的曲率中心起数十mm左右的范围内扫描超声波。

并且，若接收从观察对象部位反射的回波信号，则压电体49振动而产生电压，将该电压作为与接收到的超声回波对应的电信号而输出至超声波用处理器装置14。然后，在超声波用处理器装置14中，实施各种信号处理之后，作为超声波图像而显示在显示器20上。

图4所示的FPC60在一端具有与多个个别电极52a电连接的多个电极焊盘62、在另一端具有与同轴电缆56的多个信号线56a电连接的多个电极焊盘64。并且，FPC60还具有与振子接地52b电连接的接地部(未图示)。

在此，如图3所示，本例的同轴电缆56在前端部40的基端侧，用外皮58而被捆扎成一束，在配线时，从外皮58中引出而与FPC60连接。并且，如图5的剖视图所示，该同轴电缆56在中心侧具备与电极焊盘64连接的信号线56a，并且具有设置在信号线56a的外侧的层的绝缘性的外皮56b、设置在该外皮56b的外侧的层的屏蔽层56c、及设置在最外侧的层的绝缘性的外皮56d。

返回到图4，电极焊盘62与个别电极52a的电接合部100通过具有导电性的树脂材料102而接合，电极焊盘64与信号线56a的电接合部104也同样地通过具有导电性的树脂材料102而接合。

作为上述的树脂材料102，能够例示将在热固性树脂中混合微细的导电性粒子而成的材料成型为膜状的ACF(Anisotropic Conductive Film：各向异性导电薄膜)或ACP(Anisotropic Conductive Paste：各向异性导电浆料)。在通过气体灭菌装置清洗超声波内窥镜12的情况下，通过这种树脂材料102接合的电接合部100、104存在因与环氧乙烷气体或过氧化氢等离子体气体等灭菌气体接触而劣化从而断线的情况。

因此，如图4所示，实施方式的超声波内窥镜12通过作为第一树脂层的低反应性的环氧树脂层106分别包覆电接合部100、104。如此，即使上述的灭菌气体例如透过声透镜78或填充剂层80而侵入到电接合部100、104侧，由于上述的环氧树脂层106发挥阻气功能，因此能够抑制灭菌气体与电接合部100、104接触。由此，能够抑制因灭菌气体引起的电接合部100、104的劣化。

因此，根据实施方式的超声波内窥镜12，通过具有导电性的树脂材料102接合从同轴电缆56到压电体49的电接合部100、104，并通过阻气性的环氧树脂层106包覆使用树脂材料102的电接合部100、104，因此能够抑制因灭菌气体引起的电接合部100、104的劣化。

另外，优选通过环氧树脂层106包覆从同轴电缆56到压电体49的所有电接合部，但并不限定于此，通过环氧树脂层106包覆由至少具有导电性的树脂材料102接合的电接合部100、104即可。

并且，在实施方式的超声波内窥镜12中，对在经由FPC60而连接压电体49与同轴电缆56的连接结构中适用本例的方式进行了说明，但适用本例的连接结构并不限定于此。例如，在经由电接合部而直接连接压电体49与同轴电缆56的第一其他连接结构、及经由电接合部而连接与压电体49连接的第一FPC和与同轴电缆56连接的第FPC的第二其他连接结构中，也能够适用本例。在这种情况下，在第二其他连接结构中，由于在制造时的操作时应力容易集中在上述的电接合部，因此优选通过环氧树脂层106预先包覆该电接合部。由此，电接合部的机械强度得到提高，因此能够防止电接合部在制造时的操作时破损。

并且，在实施方式的超声波内窥镜12中，作为树脂材料102例示了ACF，但并不限定于此。例如，也可以为使金属粒子等导电性的填料分散于环氧或氨基甲酸酯等粘合剂树脂中，在粘接后，填料形成导电路径的树脂材料。作为该树脂材料，能够例示银糊等导电糊料。

以下，对环氧树脂层106的具体例进行说明。

环氧树脂层106的环氧树脂优选具有聚氧化烯结构。由此，环氧树脂层106对灭菌气体的耐气体性得到提高。

并且，环氧树脂层106的环氧树脂优选包含醇化合物。由此，环氧树脂层106对灭菌气体的耐气体性得到提高。在这种情况下，进一步优选醇化合物的羟基当量为25以上且150以下，分子量为50以上且500以下。由此，能够得到与上述的聚氧化烯结构同等的耐气体性。

并且，环氧树脂层106的环氧树脂优选具有聚酰胺结构。由此，环氧树脂层106对灭菌气体的耐气体性得到提高。

另一方面，作为用于形成填充剂层80的第二树脂，优选为环氧树脂，进一步优选该环氧树脂具有聚酰胺结构。由此，能够使填充剂层80具有耐气体性。

在此，耐气体性高(即，对气体的反应性低)的环氧树脂的分子量大且粘度高。根据这种情况，作为用于包覆电接合部100、104的第一树脂层，优选采用固化前的粘度一定程度高的环氧树脂。由此，耐气体性变高，且能够可靠地包覆电接合部100、104。

并且，作为用于形成填充剂层80的第二树脂，优选采用固化前的粘度比第一树脂低的环氧树脂。由此，能够使第二树脂遍布在内部空间55的整个区域，因此能够抑制在填充剂层80中产生成为气体透过的原因的气泡。

另外，作为一例，第一树脂层的固化前粘度优选为50Pa·s以上且500Pa·s以下。并且，作为一例，第二树脂层的固化前粘度优选为1Pa·s以上且30Pa·s以下，进一步优选为1Pa·s以上且15Pa·s以下。

由于超声波内窥镜是插入到人体内的装置，因此要求插入部细径化。为了实现这一点，与体表回波所使用的电缆相比，与超声波振子连接的电缆采用了非常细的电缆。其结果，存在电接合部的机械强度非常弱，从而导致在制造时的操作时，电接合部容易破损的问题。尤其是，在将超声波振子容纳在前端部的作业时，对电缆施加负荷，因此电接合部破损的可能性变高。

并且，对于超声波内窥镜中所采用的小型的超声波振子，使用焊锡接合而不是使用具有导电性的树脂材料接合的情况下，若向压电体传递100度以上的热，则压电体中产生微型裂纹而破损的风险变高。或者FPC的电极焊盘的配置间隔狭窄，若是焊锡，则无法很好的进行接合作业，从而容易发生焊锡不良。因此，一定会产生不得不使用具有导电性的树脂材料进行接合的部位。在这种情况下，与焊锡相比，由于具有导电性的树脂材料的机械强度弱，因此在制造时的操作时，电接合部破损的可能性进一步变高。如此，在现有的超声波内窥镜中，存在着在制造时的操作时，电接合部容易破损的问题。

相对于此，实施方式的超声波内窥镜12通过环氧树脂层106包覆电接合部100、104，因此电接合部100、104的机械强度得到提高。由此，实施方式的超声波内窥镜12还消除了在制造时的操作时，电接合部100、104容易破损的问题。

以上，对本发明进行了说明，但本发明并不限定于以上的例子，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改良或变形是理所当然的。

符号说明

10-超声波检查系统，12-超声波内窥镜，14-超声波用处理器装置，16-内窥镜用处理器装置，18-光源装置，20-显示器，21a-送水罐，21b-抽吸泵，22-插入部，24-操作部，26-通用塞绳，29-弯角钮，30-处置器具插入口，32a-连接器，32b-连接器，32c-连接器，34a-送气送水用软管，34b-抽吸用软管，36-超声波观察部，38-内窥镜观察部，40-前端部，41-外装部件，42-弯曲部，43-软性部，44-处置器具导出口，45-处置器具通道，46-超声波振子单元，48-超声波振子，49-压电体，50-超声波振子阵列，52-电极，52a-个别电极，52b-振子接地，54-背衬材料层，55-内部空间，56-同轴电缆，56a-信号线，56b-外皮，56c-屏蔽层，56d-外皮，58-外皮，60-FPC，62-电极焊盘，64-电极焊盘，76-声匹配层，78-声透镜，80-填充剂层，82-观察窗，84-物镜，86-固体成像元件，88-照明窗，90-清洗喷嘴，92-配线电缆，100-电接合部，102-树脂材料，104-电接合部，106-环氧树脂层。

Claims (9)

1.一种超声波振子单元，其配置在内窥镜插入部的前端部，并具有多个超声波振子，所述超声波振子单元中，

所述超声波振子具有压电体，

与所述压电体电接合的电缆贯穿所述前端部的内部空间，

通过具有导电性的树脂材料接合从所述电缆到所述压电体的多个电接合部中的至少一个，

通过第一树脂层包覆使用所述树脂材料的所述电接合部，

第一树脂为阻气性的环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的超声波振子单元，其中，

所述环氧树脂具有聚氧化烯结构。

3.根据权利要求1或2所述的超声波振子单元，其中，

所述环氧树脂包含醇化合物。

4.根据权利要求3所述的超声波振子单元，其中，

所述醇化合物的羟基当量为25以上且150以下，分子量为50以上且500以下。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波振子单元，其中，

所述环氧树脂具有聚酰胺结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声波振子单元，其中，

通过第二树脂层填充供所述电缆贯穿的所述前端部的内部空间，

第二树脂为环氧树脂。

7.根据权利要求6所述的超声波振子单元，其中，

所述环氧树脂具有聚酰胺结构。

8.根据权利要求6或7所述的超声波振子单元，其中，

所述第一树脂层与所述第二树脂层相比，固化前的粘度更高。

9.一种超声波内窥镜，其具有：

插入部，插入体内；

超声波观测部，设置在所述插入部的前端；及

权利要求1至8中任一项所述的超声波振子单元，设置在所述超声波观测部。

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