DE10157027B4

DE10157027B4 - Ultraschallendoskop

Info

Publication number: DE10157027B4
Application number: DE10157027A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ohara; Toshiyuki Hashiyama
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: US20020062084A1; JP3579651B2; US6488632B2; JP2002153470A; DE10157027A1

Abstract

Ultraschallendoskop mit
einem rohrförmigen Biegeteil, der an die Spitze eines flexiblen Einführrohrs angeschlossen und fernbetätigt biegbar ist, und
einer mit dem Biegeteil in Wirkverbindung stehenden Ultraschallsonde mit mehreren umlaufend angeordneten Ultraschallvibratoren, die Ultraschallwellen radial aussenden und deren Echos empfangen, gekennzeichnet durch
eine flexible 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
ein in dem flexiblen Rohr angeordnetes Ultraschallwellen-Koaxialkabel, das von mehreren Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen gebildet ist, die sich aus dem Koaxialkabel voneinander getrennt längs einer zweiten Mittelachse des flexiblen Rohrs erstrecken und mit den flexiblen Leiterplattenstreifen 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...

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallendoskop, das Ultraschallwellen für die Diagnose 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 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.

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 Signalübertragungselemente, 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.

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.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ultraschallendoskop anzugeben, das zu Diagnosezwecken ein zu betrachtendes Bild liefert und in seiner Biegebewegung besonders stabil ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Ultraschallendoskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung angegeben.

Das erfindungsgemäße Ultraschallendoskop dient der Durchführung einer elektronischen 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 ein 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 Wirkverbindung mit dem Biegeteil. Beispielsweise ist ein starrer Spitzenbasisteil mit dem Biegeteil verbunden und das Ultraschallendoskop an dem Spitzenbasisteil angebracht.

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 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, 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 Leiterplattenstreifen 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 Brechen während der Betätigung des Biegeteils verhindern. 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.

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 Folgenden 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 absorbieren 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 Koaxialsignalkabel 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 vorzugsweise 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 vorzugsweise 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:
1 eine Seitenansicht eines Ultraschallendoskops als erstes Ausführungsbeispiel,
2 den Teil Spitzenbasisteil des Ultraschallendoskops,
3 eine Seitenansicht des Spitzenbasisteils und der Ultraschallsonde, von der linken Seite aus betrachtet,
4 eine Vorderansicht des Ultraschallendoskops,
5 eine schematische seitliche Schnittansicht der Ultraschallsonde durch die Mittelachse der Spitze und in vertikaler Richtung,
6 eine schematische Schnittansicht der Ultraschallsonde längs der in 5 gezeigten Linie I-I', von vorne betrachtet,
7 eine schematische perspektivische Ansicht einer flexiblen Leiterplatte, die in dem Endoskop ausgebildet ist,
8 die flexible Leiterplatte im flachen Zustand,
9A bis 9C Schnittansichten der in dem Spitzenbasisteil vorgesehenen flexiblen Leiterplatte und des Biegeteils,
10 eine schematische Darstellung von Ultraschall-Koaxialsignalleitungen und eines Ultraschall-Koaxialkabels in dem flexiblen Rohr, und
11 eine Schnittansicht des Biegeteils, von der Spitze aus betrachtet.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
1 ist eine Seitenansicht eines Ultraschallendoskops, das ein Ausführungsbeispiel darstellt. 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 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.
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.
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 (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.
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.
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 2 die Mittelachse des Biegeteils 12 mit SD und die Mittelachse der Spitze des starren Spitzenbasisteils 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 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 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.
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.
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.
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 Mit telachse RD der Spitze auf. Da das Sehfeld im Wesentlichen mit der Vorschubrichtung 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.
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.
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.
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 elektri sche Signale überführt. Diese elektrischen Signale werden der Ultraschall-Diagnoseeinrichtung über die flexible Leiterplatte 40 zugeführt.
7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht der in dem Endoskop 10 ausgebildeten flexiblen Leiterplatte. 8 zeigt die flache, d.h. noch nicht deformierte Leiterplatte.
Die Leiterplatte 40 ist ein flexibles und dünnes Substrat, das unter Verwendung eines Polyimid- oder Polyesterfilms gefertigt wird. 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 Ultraschallwellen-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 7 und 8 ist ein Teil der Leiterplattenstreifen weggelassen.
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 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 Leiterplattenstreifen 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 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.
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'.
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 Streifenbün del 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.
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 Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 besteht aus einem Kupferdraht, der mit einem Isolator, z.B. Polyvinylchlorid, überzogen ist. Die Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 haben jeweils einen Radius, der kleiner als die Breite LK2 des jeweiligen Leiterplattenstreifens 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 CB 1 bis CB8, die acht Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 und das Koaxialkabel 50. Treten infolge der Biegebewegung Druck- und Dehnkräfte auf, so werden die Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 gebogen und gezogen oder gedehnt, da sie die Kräfte aufnehmen oder absorbieren. Die Koaxialsignalleitungen 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 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 3 mit LB1 bezeichnet ist.
11 zeigt einen Schnitt des Biegeteils 12, von der Spitze aus betrachtet.
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.
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.
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.
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 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.
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 Leiterplatte 40 aus den acht Leiterplattenstreifen CB1 bis CB8, die zu den vier Streifenbündeln 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 Koaxialkabel 50 ausgebildet wird. Beim Betätigen des Biegeteils 12 werden die lockeren Koaxialsignalleitungen SB1 bis SB8 gebogen und gedehnt, wenn längs der Mittelachsen PL und SD Druck- und Dehnkräfte auftreten. Die ungebündelten Koaxialsignalleitungen 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 Dehnen auf, was zur Folge hat, dass die gedruckten Verdrahtungen auf den Leiterplattenstreifen 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 Ultraschallwellen-Sender/Empfänger 41 angeschlossen. Dicke und Breite jedes Leiterplattenstreifens können entsprechend dem Radius des Biegeteils festgelegt werden.

Claims

Ultraschallendoskop mit einem rohrförmigen Biegeteil, der an die Spitze eines flexiblen Einführrohrs angeschlossen und fernbetätigt biegbar ist, und einer mit dem Biegeteil in Wirkverbindung stehenden Ultraschallsonde mit mehreren umlaufend angeordneten Ultraschallvibratoren, die Ultraschallwellen radial aussenden und deren Echos empfangen, gekennzeichnet durch eine flexible 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 ein in dem flexiblen Rohr angeordnetes Ultraschallwellen-Koaxialkabel, das von mehreren Ultraschallwellen-Koaxialsignalleitungen gebildet ist, die sich aus dem Koaxialkabel voneinander getrennt längs einer zweiten Mittelachse des flexiblen Rohrs erstrecken und mit den flexiblen Leiterplattenstreifen 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.
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.
Ultraschallendoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte aus einer einzelnen rechteckigen, flexiblen Leiterplatte gefertigt ist, die zum Ausbilden der Leiterplattenstreifen teilweise eingeschnitten und anschließend in eine runde Form gebracht wird.