JP2003033353A - 体腔内超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転耐性に優れた体腔内超音波プローブを提供
すること。 【解決手段】二重シールド同軸ケーブル８は、中心側か
ら順に、中心導体２１、中心絶縁体２２、第１外部導体
２３、第１絶縁体２４、第２外部導体２５、第２絶縁体
２６を同心構造に配置して構成される。第１外部導体２
３及び第２外部導体２５は横巻きシールド構造である。
第１外部導体２３を、超音波振動子２を搭載したハウジ
ング１０を回転させるフレキシブルシャフト１１回転時
に緩む方向に巻回している。これに対して、第２外部導
体２５をフレキシブルシャフト１１回転時、締まる方向
に巻回している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型の超音波探触
子を先端部に設けた体腔内超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】体腔内超音波プローブ（超音波プローブ
と略記する）を内視鏡の鉗子チャンネルを介して体腔内
に導入し、観察部位に向けて超音波を送信する一方、観
察部位で反射した超音波を受信して、生体内部の断層像
を超音波診断装置で観察する超音波観察装置が知られて
いる。

【０００３】超音波プローブの先端部には、同軸ケーブ
ルに接続された小型の超音波振動子が内蔵されている。
この超音波振動子は、フレキシブルシャフトと呼ばれる
回転伝達部材によって回転され、この超音波振動子で超
音波の送受信が行われる。前記体腔内超音波プローブ
は、前記鉗子チャンネル内に挿通可能で、かつ、体腔内
で使用されるため、先端部の直径は３ｍｍ以下でその先
端部内に内蔵される超音波振動子は小型のものである。

【０００４】この小型の超音波振動子と同軸ケーブルと
を接続する方法及び技術として、例えば特開平６−１７
８３９３号公報には血管内に挿入される超音波探触子に
配置される小型の超音波振動子の製造を簡易化する目的
の超音波振動子及びその製造方法が示されている。

【０００５】また、超音波プローブが挿通される内視鏡
からは、ビデオ信号などの電気ノイズが常に放射されて
いる。この外来ノイズが超音波プローブの信号線に重畳
すると、超音波画像上にノイズが現れる。すなわち、明
瞭な断層像を得られなくなって診断の妨げになる。その
ため、この外来ノイズを抑止する方法が、例えば実開平
２−１０２２１４号公報の超音波探触子に示されてい
る。

【０００６】さらに、体腔内超音波プローブ駆動時、常
に同軸ケーブルには回転力がかかる。このため、同軸ケ
ーブル内を挿通する信号線が断線するおそれがあった。
この信号線の断線を防止する技術として、例えば実開昭
６１―５７９０８号公報の体腔内超音波診断装置が示さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記実
開昭６１―５７９０８号公報の体腔内超音波診断装置で
は図６に示すように、フレキシブルシャフト６１内に信
号線６２を蛇行させて配置させて、実使用時、フレキシ
ブルシャフト６１の伸び分を吸収して信号線６２の断線
を防止するようにしていた。これを細径なフレキシブル
シャフトで実施しようとすると、フレキシブルシャフト
と信号線との間のクリアランスが小さくなるため、蛇行
量を十分にとることが難しい。また、このクリアランス
が小さいことにより、フレキシブルシャフトと信号線と
の接触面積が増大する。このため、フレキシブルシャフ
ト回転時、特に、この回転起動時に、信号線のシールド
線がよじれたり、外皮が破けたりして、断線に至るおそ
れがあった。

【０００８】また、実開平２−１０２２１４号公報の超
音波探触子では図７に示すように中心側から同軸信号線
７１、第１被覆シース７２、信号線７３、中心導体７
４、第２被覆シース７５を配置して構成した二重シール
ドの両シールドを同電位（ＧＮＤレベル）にすること
で、対ノイズを向上させているが、二重シールドが同電
位になるため、シールドの電位（ＧＮＤレベル）が不安
定になり、超音波観測装置にて得られる超音波画像にノ
イズが現れて画像が劣化するという不具合があった。

【０００９】さらに、特開平６−１７８３９３号公報の
超音波振動子及びその製造方法では図８（ａ）、（ｂ）
に示すように同軸信号線８１と超音波振動子８２とが、
銀ペーストなどで電気的に接続されていたため、超音波
振動子が小型化されると、銀ペーストの量が非常に微量
になる一方、信号線の弾発力が相対的に強くなることに
より、銀ペーストの接着力だけで、安定した接続固定が
できなくなり、圧電振動子と銀ペーストとの間の導通状
態が不安定になる等、組立て作業が難しくなるという不
具合が発生する。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、回転耐性に優れ、外来ノイズによる超音波画像の
劣化を抑え、組立て作業時の不良発生の低減を図った体
腔内超音波プローブを提供することを目的にしている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の体腔内超音波プローブは、圧電振動子の両主面に電極
部を有し、一主面側に音響レンズを設け、他主面側にバ
ッキング材を設けて形成した超音波を送受信する超音波
振動子と、この超音波振動子を搭載するハウジングと、
このハウジングに一端部が連結固定され、一方向に回転
させる回転力を伝達する中空で可撓性を有する駆動軸
と、この駆動軸内に挿通され、前記超音波振動子の電極
に接続された信号線と、前記駆動軸及び前記ハウジング
を被うシースとを具備する体腔内超音波プローブにおい
て、前記信号線を横巻きシールド構造の中心側の第１外
部導体及び外側の第２外部導体を備えた二重シールド同
軸ケーブルで構成するとき、前記第１外部導体の巻き方
向を前記ハウジングが回転するとき緩む方向に設定する
一方、前記第２外部導体の巻き方向を前記ハウジングが
回転するとき締まる方向に設定している。

【００１２】また、本発明の請求項２に記載の体腔内超
音波プローブは、圧電振動子の両主面に電極部を有し、
一主面側に音響レンズ、他主面側にバッキング材を積層
した超音波を送受信する超音波振動子と、この超音波振
動子を搭載するハウジングと、このハウジングに一端部
が連結固定され、一方向に回転させる回転力を伝達する
中空で可撓性を有する駆動軸と、この駆動軸内に挿通さ
れ、前記超音波振動子の電極に接続された信号線と、前
記駆動軸及び前記ハウジングを被うシースとを具備する
体腔内超音波プローブにおいて、前記圧電振動子のそれ
ぞれの電極部に絶縁層及び導通層で構成される２層構造
のフレキシブル基板を接続する一方、このフレキシブル
基板に同軸ケーブルを電気的に接続するとき、前記超音
波振動子とフレキシブル基板とを覆う絶縁性保護膜を設
けている。

【００１３】請求項１に記載の体腔内超音波プローブの
構成によれば、信号線の横巻きシールド構造となる第１
外部導体と第２外部導体との巻き方向を、それぞれ緩む
方向と締まる方向とに設定したことで、駆動軸が回転さ
れたとき、外部導体の両者間の力が均衡して回転剛性が
上がり、二重シールド同軸ケーブルの形状が安定した形
状状態になる。また、第１外部導体については駆動軸回
転時、巻き状態が緩むので、中心導体に対する締め付け
力が増大することが防止される。

【００１４】請求項２に記載の体腔内超音波プローブの
構成によれば、保護膜によって超音波振動子とフレキシ
ブル基板との接触状態の変化が防止されるとともに、体
腔内超音波プローブとして構成されたときこの保護膜が
耐水用の膜になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ないし図３は本発明の一実施
形態に係り、図１は体腔内超音波プローブを説明する外
観図、図２は体腔内超音波プローブの先端部の拡大図、
図３は体腔内超音波プローブに使用される同軸信号線を
説明する図である。

【００１６】図１及び図２に示すように本実施形態の体
腔内超音波プローブ（以下、プローブと略記する）１
は、図示しない超音波観測装置に接続され、前記プロー
ブ１の先端部内に設けた超音波振動子２を一方向に回転
させながら超音波の送受信を行うことによって、この超
音波観測装置のモニタ画面上に体腔内の超音波断層像が
表示される。

【００１７】前記プローブ１は、体腔内に挿入される細
長な挿入部１ａと、この挿入部１ａの基端部に設けら
れ、前記超音波振動子部を回転させる回転駆動部等を備
えた超音波観測装置に接続される接続部１ｂとで構成さ
れている。

【００１８】前記超音波振動子２は、挿入軸方向に対し
て直交する側部側に超音波を送信する所謂ラジアルスキ
ャンタイプである。

【００１９】前記プローブ１の先端部に設けられる超音
波振動子２は、両主面にシグナル側電極４及びＧＮＤ側
電極５を有し、一主面側に音響レンズ６を積層し、他主
面側にバッキング材７を積層した圧電振動子３からなる
超音波振動子２で構成されている。

【００２０】前記超音波振動子２はハウジング１０に搭
載される。このハウジング１０は、前記回転駆動部の回
転力を伝達する中空で可撓性を有するフレキシブルシャ
フト１１の先端部に連結固定されている。このフレキシ
ブルシャフト１１の透孔内には、前記超音波振動子２の
シグナル側電極４及びＧＮＤ側電極５に接続される信号
線である二重シールド同軸ケーブル８が挿通している。
前記ハウジング１０及びフレキシブルシャフト１１は、
柔軟なシース１２によって覆われている。

【００２１】図３に示すように前記二重シールド同軸ケ
ーブル８は、中心側から順に、中心導体２１、中心絶縁
体２２、第１外部導体２３、第１絶縁体２４、第２外部
導体２５、第２絶縁体２６を同心構造に配置して構成さ
れている。そして、前記第１外部導体２３及び第２外部
導体２５は横巻きシールド構造であり、前記第１外部導
体２３は前記超音波振動子２を搭載したハウジング１０
を回転させるフレキシブルシャフト１１回転時、緩む方
向に巻回され、前記第２外部導体２５は前記フレキシブ
ルシャフト１１回転時、締まる方向に巻回されている。

【００２２】上述のように構成した前記プローブ１の作
用を説明する。プローブ１によって観察を行うとき、フ
レキシブルシャフト１１は回転される。すると、フレキ
シブルシャフト１１と二重シールド同軸ケーブル８との
間には剛性の違いによる位相差が発生している。この二
重シールド同軸ケーブル８は、シールドの横巻き方向を
それぞれ、前記第１外部導体２３においてはフレキシブ
ルシャフト１１回転時に緩む方向側に、前記第２外部導
体２５においてはフレキシブルシャフト１１回転時に締
まる方向側に巻いてある。そのため、フレキシブルシャ
フト１１の回転によって第１外部導体２３及び第２外部
導体２５の間の力が均衡して回転剛性が上がることによ
って、二重シールド同軸ケーブル８の形状が振れること
なく安定した状態になる。

【００２３】また、第１外部導体２３については、フレ
キシブルシャフト１１の回転に伴って締め付けが緩くな
る方向に巻回されているので、このフレキシブルシャフ
ト回転時に、中心導体２１に対する締め付け力が増大す
ることが防止される。

【００２４】このように、二重シールド同軸ケーブルを
構成する２種類の外部導体を、横巻きシールド構造で構
成する際、それぞれの外部導体の巻き方向を異なる方向
に構成することによって、フレキシブルシャフト回転
時、二重シールド同軸ケーブルの形状が安定状態になっ
て、この二重シールド同軸ケーブルの外面がフレキシブ
ルシャフトの内面に繰り返し接触して外皮が破けること
や、二重シールド同軸ケーブルのシールドが捩れて発生
する断線を防止することができる。

【００２５】また、二重シールド同軸ケーブルを構成す
る２種類の外部導体を、横巻きシールド構造で異なる方
向に巻いて構成する際、中心導体側に位置する外部導体
の巻き方向をフレキシブルシャフト回転時に緩む方向に
設定したことによって、フレキシブルシャフト回転時、
中心導体に加わる応力が増大することによって発生する
断線を防止することができる。

【００２６】図３及び図４を参照して第１実施形態の応
用例を説明する。なお、図４は超音波振動子の他の構成
例を説明する図である。

【００２７】本実施形態においては、前記超音波振動子
２の音響レンズ６外面に、第２外部導体２５に接続され
てハウジング１０と同電位なシールド膜１３を設けると
ともに、前記二重シールド同軸ケーブル８の中心絶縁体
２２の厚み寸法ｔ０と、第１外部導体２３と第２外部導
体２５との間の第１絶縁体２４の厚み寸法ｔ１との間に
以下（１）の関係を設定し、かつ、第１外部導体２３と
第２外部導体２５とを非導通状態にしている。

【００２８】ｔ０＜ｔ１ … （１） また、前記シールド膜１３の厚み寸法は、超音波が伝搬
されるため、使用される周波数の１／１０波長以下に設
定し、真空蒸着等によって成膜する。その他の構成は前
記第１実施形態と同様であり、同部材には同符合を付し
て説明を省略する。

【００２９】この構成により、ノイズ除去性（遮蔽率）
については、シールド性が最も高く、かつ最も外側に位
置する第２外部導体２５にて外来ノイズの多くを受信し
て、超音波観測装置側に伝播される。そのため、圧電振
動子３のＧＮＤ側電極５と第２外部導体２５とを非導通
にすることで、第１外部導体２３のＧＮＤレベル電位が
安定化されて、超音波信号が安定する。

【００３０】また、前記第２外部導体２５に重畳したノ
イズが超音波観測装置側に伝播される途中に、第１絶縁
体２４及び第２外部導体２５のインピーダンスが周囲の
構造に比べ高く、つまり、中心絶縁体２２の厚み寸法ｔ
０よりも第１絶縁体２４の厚み寸法ｔ１が厚く構成した
ことにより、伝播中のノイズの滲み出しが抑えられて、
第１外部導体２３のＧＮＤレベルの電位が安定する。

【００３１】さらに、前記シールド膜１３を設けたこと
で、第２外部導体２５によってシールドされない音響レ
ンズ６等がシールドされ、このシールド膜１３と第２外
部導体２５とを電気的に接続することで、第１外部導体
２３のＧＮＤレベルの電位が安定する。

【００３２】このように、二重シールド同軸ケーブルの
中心絶縁体の厚み寸法ｔ０と、第１外部導体の厚み寸法
ｔ１との間にｔ０＜ｔ１の関係を設定するとともに、第
１外部導体と第２外部導体とを非導通とし、かつ超音波
振動子の外面に第２外部導体と同電位となるシールド膜
を形成することで、第１外部導体の電位をＧＮＤレベル
で安定化させて外来ノイズによる超音波画像の劣化を抑
えることができる。

【００３３】図５は本発明の第２実施形態にかかる超音
波振動子の別の構成例を説明する図である。なお、図５
（ａ）はシグナル側電極及びＧＮＤ側電極にフレキシブ
ル基板を接続した状態を説明する図、図５（ｂ）はＧＮ
Ｄ側電極に接続したフレキシブル基板を曲げた状態を説
明する図である。

【００３４】図５（ａ）に示すように超音波振動子２Ａ
は、両主面にシグナル側電極４、ＧＮＤ側電極５を有
し、一主面に音響レンズ６を積層し、他主面にバッキン
グ材７を積層した圧電振動子３と、前記シグナル側電極
４、ＧＮＤ側電極５にそれぞれ接続される、絶縁層３１
及び導通層３２の２層構造で形成したフレキシブル基板
３０とで構成されている。

【００３５】そして、二重シールド同軸ケーブル８の中
心導体２１と第１外部導体２３とをフレキシブル基板３
０に接続し、第２外部導体２５をハウジング１０に接続
している。加えて、図５（ｂ）に示すように前記超音波
振動子２と、２つのフレキシブル基板３０に絶縁性のパ
リレンＣなどの保護膜３３を設けている。

【００３６】なお、前記フレキシブル基板３０を２層構
造としたのは、基板の柔軟性を確保するためであり、例
えば絶縁層で挟んだ３層構造のフレキシブル基板であっ
ても全厚み寸法が３０um程度のものであれば、基板の柔
軟性を確保することができるので本構造への使用は可能
である。

【００３７】ここで、組立て手順を説明する。まず、バ
ッキング材７上に、予め所定の樹脂部材にて成型された
音響レンズ６が形成された圧電振動子３を接合する。

【００３８】次に、圧電振動子３のシグナル側電極４と
ＧＮＤ側電極５とにそれぞれフレキシブル基板３０を半
田などで接続する（図５（ａ）参照）。次いで、二重シ
ールド同軸ケーブル８と接続する個所にマスキングテー
プなどでマスキングを施した後、保護膜３３を成膜す
る。その後、マスキングテープを剥離し、フレキシブル
基板３０の一方をバッキング材７に沿って曲げる。（図
５（ｂ）参照）。また、マスキング部に二重シールド同
軸ケーブル８を配線し、その後、ハウジング１０に耐水
性接着剤にて接合する。

【００３９】このように、圧電振動子とフレキシブル基
板とを接続した後、保護膜を成膜することにより、二重
シールド同軸ケーブルとフレキシブル基板との接続に半
田を用いる際、機械的応力や熱が加わった場合でも、保
護膜によって圧電振動子とフレキシブル基板との接触状
態が変化することを防止することができる。このことに
より、配線不良を抑え、歩留りの向上を図れる。

【００４０】また、前記プローブ形成状態においては、
シース内に水などの音響媒体が充填された際、保護膜が
音響媒体から超音波振動子２を保護する膜として機能し
て、耐久性の向上を図ることができる。

【００４１】なお、本発明は、以上述べた実施形態のみ
に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能である。

【００４２】［付記］以上詳述したような本発明の上記
実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができ
る。

【００４３】（１）圧電振動子の両主面に電極部を有
し、一主面側に音響レンズを設け、他主面側にバッキン
グ材を設けて形成した超音波を送受信する超音波振動子
と、この超音波振動子を搭載するハウジングと、このハ
ウジングに一端部が連結固定され、一方向に回転させる
回転力を伝達する中空で可撓性を有する駆動軸と、この
駆動軸内に挿通され、前記超音波振動子の電極に接続さ
れた信号線と、前記駆動軸及び前記ハウジングを被うシ
ースとを具備する体腔内超音波プローブにおいて、前記
信号線を横巻きシールド構造の中心側の第１外部導体及
び外側の第２外部導体を備えた二重シールド同軸ケーブ
ルで構成するとき、前記第１外部導体の巻き方向を前記
ハウジングが回転するとき緩む方向に設定する一方、前
記第２外部導体の巻き方向を前記ハウジングが回転する
とき締まる方向に設定した体腔内超音波プローブ。

【００４４】（２）前記二重シールド同軸ケーブルを、
中心側から順に、中心導体、中心絶縁体、第１外部導
体、第１絶縁体、第２外部導体、第２絶縁体を同心構造
で６層に配置して形成した付記１記載の体腔内超音波プ
ローブ。

【００４５】（３）前記中心絶縁体の厚み寸法ｔ０と絶
縁体の厚み寸法ｔ１との間に、ｔ０＜ｔ１の関係を設定
するとともに、前記第１外部導体と第２外部導体とを前
記シース内部で非導通状態で配置した付記２記載の体腔
内超音波プローブ。

【００４６】（４）前記超音波振動子の外面に、前記第
２外部導体と同電位になるシールド膜を形成した付記３
記載の体腔内超音波プローブ。

【００４７】（５）圧電振動子の両主面に電極部を有
し、一主面側に音響レンズ、他主面側にバッキング材を
積層した超音波を送受信する超音波振動子と、この超音
波振動子を搭載するハウジングと、このハウジングに一
端部が連結固定され、一方向に回転させる回転力を伝達
する中空で可撓性を有する駆動軸と、この駆動軸内に挿
通され、前記超音波振動子の電極に接続された信号線
と、前記駆動軸及び前記ハウジングを被うシースとを具
備する体腔内超音波プローブにおいて、前記圧電振動子
のそれぞれの電極部に絶縁層及び導通層で構成される２
層構造のフレキシブル基板を接続する一方、このフレキ
シブル基板に同軸ケーブルを電気的に接続するとき、前
記超音波振動子とフレキシブル基板とを覆う絶縁性保護
膜を設けた体腔内超音波プローブ。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転耐性に優れ、外来ノイズによる超音波画像の劣化を抑
え、組立て作業時の不良発生の低減を図った体腔内超音
波プローブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図３は本発明の一実施形態に係り、
図１は体腔内超音波プローブを説明する外観図

【図２】体腔内超音波プローブの先端部の拡大図

【図３】体腔内超音波プローブに使用される同軸信号線
を説明する図

【図４】超音波振動子を他の構成例を説明する図

【図５】超音波振動子の別の構成例を説明する図

【図６】図６ないし図８は従来例にかかり、図６はフレ
キシブルシャフトと信号線との関係を説明する図

【図７】同軸信号線の構造を説明する図

【図８】同軸信号線と超音波振動子との電気的な接続を
説明する図

【符号の説明】

１…体腔内超音波プローブ ２…超音波振動子 ８…二重シールド同軸ケーブル ２１…中心導体 ２２…中心絶縁体 ２３…第１外部導体 ２４…第１絶縁体 ２５…第２外部導体 ２６…第２絶縁体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子の両主面に電極部を有し、一
   主面側に音響レンズを設け、他主面側にバッキング材を
   設けて形成した超音波を送受信する超音波振動子と、こ
   の超音波振動子を搭載するハウジングと、このハウジン
   グに一端部が連結固定され、一方向に回転させる回転力
   を伝達する中空で可撓性を有する駆動軸と、この駆動軸
   内に挿通され、前記超音波振動子の電極に接続された信
   号線と、前記駆動軸及び前記ハウジングを被うシースと
   を具備する体腔内超音波プローブにおいて、 前記信号線を横巻きシールド構造の中心側の第１外部導
   体及び外側の第２外部導体を備えた二重シールド同軸ケ
   ーブルで構成するとき、 前記第１外部導体の巻き方向を前記ハウジングが回転す
   るとき緩む方向に設定する一方、前記第２外部導体の巻
   き方向を前記ハウジングが回転するとき締まる方向に設
   定したことを特徴とする体腔内超音波プローブ。
2. 【請求項２】 圧電振動子の両主面に電極部を有し、一
   主面側に音響レンズ、他主面側にバッキング材を積層し
   た超音波を送受信する超音波振動子と、この超音波振動
   子を搭載するハウジングと、このハウジングに一端部が
   連結固定され、一方向に回転させる回転力を伝達する中
   空で可撓性を有する駆動軸と、この駆動軸内に挿通さ
   れ、前記超音波振動子の電極に接続された信号線と、前
   記駆動軸及び前記ハウジングを被うシースとを具備する
   体腔内超音波プローブにおいて、 前記圧電振動子のそれぞれの電極部に絶縁層及び導通層
   で構成される２層構造のフレキシブル基板を接続する一
   方、このフレキシブル基板に同軸ケーブルを電気的に接
   続するとき、 前記超音波振動子とフレキシブル基板とを覆う絶縁性保
   護膜を設けたことを特徴とする体腔内超音波プローブ。