JP2006141638A - 超音波診断用カプセル - Google Patents

Abstract

【課題】カプセル内に配設される各種構成部品を一纏めにしてカプセルの小型化、組立性及び水密性の向上を図った超音波診断用カプセルを提供すること。
【解決手段】超音波ユニット１０は、超音波振動子１１と、スリップリング１２と、エンコーダ１３と、駆動モータ１４と、ブラシホルダ１５と、各種電子部品を実装して各種回路を構成する板状の基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、電源部となるボタン型の電池１７が設けられた電源用基板１８とで構成されるユニット部組２０及びこのユニット部組２０を被覆するユニット外装部材である熱収縮チューブ１９で構成される。超音波ユニット１０は、カプセル本体３の有する内部空間３ｂ内に配置され、接着剤８によってカプセル本体３と一体的に固設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断のための超音波断層画像を取得するために体腔内に導入される超音波診断用カプセルに関する。

従来より、医療用に構成したカプセルを体腔内に導入して、体腔内病変部の情報を収集したり、薬液を投与したりする医療方法が知られている。近年においては、医療用に構成したカプセルを錠剤のように飲み込むことによって体腔内に送り込んで、体腔内の観察画像を取得できるカプセル型内視鏡が実用化されている。

一方、観測用超音波信号を生体組織へ送受波し、この生体組織から反射するエコー信号を取得して、診断用の超音波断層画像を得る超音波診断装置においても、例えば特開平２−２２４６５０号公報に超音波プローブでは挿入が困難な部位の超音波診断を可能にする超音波診断医用カプセルが提案されている。

この超音波診断医用カプセルにおいては、超音波カプセルの内部に隔壁を設けて密室を形成し、一方側の密室内に流動パラフィンを充填し、この流動パラフィン中に超音波モータに後端を結合した超音波振動子が配設されている。一方、超音波カプセル内の隔壁を挟んだ他方側の密室内には超音波モータ、エンコーダ、ロータリトランスの他に電池等の電気部品が配設されている。
特開平２−２２４６５０号公報

しかしながら、特開平２−２２４６５０号公報の超音波診断医用カプセルにおいては、カプセル内に配設される超音波モータ、エンコーダ及びロータリトランスの他に各種電子部品や電池等の配設方法の具体的な記載がなく、これら各種構成部品を小型のカプセル内に精密ネジや接着剤によって配設するものと考えられ、組立が煩雑である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、カプセル内に配設される各種構成部品を一纏めにしてカプセルの小型化、組立性及び水密性の向上を図った超音波診断用カプセルを提供することを目的にしている。

本発明の超音波診断用カプセルは、先端キャップと、この先端キャップが水密的に一体固定されるカプセル本体とでカプセル部を構成し、前記カプセル部内に回転駆動される超音波振動子が配設される超音波診断用カプセルにおいて、
前記カプセル部内に配設されて前記超音波振動子を回転させる駆動モータと、前記超音波振動子の制御及び駆動モータの制御を行う各種電気部品及び各種電子部品を実装した基板とを熱収縮チューブによって一体化している。

この構成によれば、駆動モータと、駆動モータを中心にして配置された各種電気部品及び各種電子部品を実装した基板が熱収縮チューブ内に収納される。

本発明によれば、カプセル内に配設される各種構成部品を一纏めにしてカプセルの小型化、水密性及び組立性の向上を図った超音波診断用カプセルを実現できる。

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１０は本発明の一実施形態に係り、図１は超音波診断用カプセルの構成を説明する図、図２は超音波診断用カプセルを構成するユニット部組を説明する図、図３乃至図５は超音波ユニットを形成する手順を説明する図であり、図３は基板をモータ部に固定したユニット部組を説明する図、図４は基板をモータ部に固定したユニット部組に熱収縮チューブを被覆した状態を示す図、図５は熱収縮チューブを熱収縮させて構成された超音波ユニットを示す図、図６は熱収縮チューブの構成例を説明する図、図７はユニット部組の他の構成例を説明する図、図８は熱収縮チューブの他の構成例を説明する図、図９はユニット部組の別の構成例を説明する図、図１０は振動子シャフトにＯリングを設けた超音波診断用カプセルの構成を説明する図である。

図１に示すように本実施形態の超音波診断用カプセル（以下、超音波カプセルと略記する）１は、カプセル部２と、カプセル部２内に配設される例えば機械走査式の超音波振動子１１を備える超音波ユニット１０とによって構成されている。

カプセル部２は、略円筒状で端部に曲面部を設けたカプセル本体３と先端キャップ４とで構成されている。カプセル本体３は生体適合性を有する硬質な樹脂部材で形成されている。これに対して、先端キャップ４は超音波透過性に優れ、弾性を有するポリメチルペンテンやポリエチレン、ポリエーテルブロックアミド等で形成されている。

カプセル本体３の開口側外周面には先端キャップ４の開口側端部が配設される先端段部３ａが設けられている。先端キャップ４の開口側端部は、カプセル本体３の先端段部３ａに対して外嵌配置され、この外嵌配置状態において、ここに糸巻き接着部５を設けることによってが一体的に固定されている。

カプセル部２を構成する先端キャップ４の頂部には厚肉部４ａが設けられている。厚肉部４ａには媒体用孔となる段付き孔４ｂが形成されている。この段付き孔４ｂからカプセル部２内の空間内に例えば絶縁性の超音波伝達媒体である絶縁性流動パラフィン（以下、パラフィンと略記する）６が充填される。

段付き孔４ｂには先端部外周面にＯリング７ａを設けたキャップ用密栓部材７が螺合配置される。キャップ用密栓部材７を段付き孔４ｂに配置することによって、Ｏリング７ａが細径部４ｃの内周面に密着して水密状態が確保される。つまり、キャップ用密栓部材７を段付き孔４ｂに配置することによって段付き孔４ｂは閉塞される。
なお、超音波ユニット１０は、例えば接着剤８によって超音波カプセル１のカプセル部２を構成するカプセル本体３の有する内部空間３ｂ内に一体的に固定されている。

図１及び図２に示すように超音波ユニット１０は、超音波振動子１１と、スリップリング１２と、エンコーダ１３と、駆動モータ１４と、ブラシホルダ１５と、各種電子部品を実装して後述する回路を構成する例えば板状の基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、電源部となる例えばボタン型の電池１７が設けられた電源用基板１８とで構成されるユニット部組２０及びこのユニット部組２０を被覆するユニット外装部材である熱収縮チューブ１９で主に構成されている。つまり、電気部品であるスリップリング１２、エンコーダ１３、駆動モータ１４、ブラシホルダ１５、基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、電池１７及び電源用基板１８は熱収縮チューブ１９内に収納される。

なお、本実施形態の熱収縮チューブ１９の一面側（本実施形態における内周面側）には加熱されることによって溶融する、例えばホットメルト接着剤による接着層（図６の符号１９ａ参照）が設けられている。また、基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８は例えばセラミックス製或いはガラスエポキシ製の硬質な回路基板である。

熱収縮チューブ１９内に収納される基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ同士は図示しない信号線によって電気的に接続されて各種回路を構成する。各種回路としては、具体的に、超音波振動子１１に出力する駆動信号の生成及び超音波振動子１１で受信したエコー信号を所定の電気信号に変換する超音波信号処理回路、エンコーダ１３から出力される回転角度情報を処理する回転角度処理回路、超音波観測装置（不図示）に対して超音波信号処理回路及び回転角度処理回路で処理された電気信号を出力すると共に、超音波観測装置から出力された指示信号を受信して各回路に出力する送受信回路等である。

なお、符号２１ａ、２１ｂは電源用基板１８と第２基板１６ｂとを接続する電力線であり、符号２２ａ、２２ｂは駆動モータ１４と第２基板１６ｂとを接続する電力線及び信号線である。つまり、電源用基板１８と駆動モータ１４とは第２基板１６ｂを介して電気的に接続されている。

熱収縮チューブ１９内に収納されるブラシホルダ１５は略パイプ形状である。ブラシホルダ１５の先端側所定位置には弾性を有する導電性部材で形成された一対のブラシ部材１５ａ、１５ｂが配設されている。ブラシ部材１５ａ、１５ｂは、スリップリング１２の所定位置に所定状態で当接するように所定形状で形成されている。ブラシ部材１５ａには例えば第１基板１６ａから延出する駆動用信号線２３ａが電気的に接続され、ブラシ部材１５ｂには例えば第１基板１６ａから延出するとエコー用信号線２３ｂが電気的に接続されている。

ブラシホルダ１５の側周面所定位置には内孔に連通する例えば一対の雌ねじ部１５ｃが設けられている。これら雌ねじ部１５ｃにはビス等のモータ固定部材３１が螺合配置される。

熱収縮チューブ１９の端面から突出する超音波振動子１１は超音波信号を出射するとともに、超音波診断断層画像を構築するための生体組織で反射したエコー信号を取得する。超音波振動子１１は振動子固定部材１１ａに一体的に固定されている。振動子固定部材１１ａは振動子シャフト１１ｂを備え、この振動子シャフト１１ｂにはスリップリング１２を構成するリングホルダ１２ａが一体的に配設されている。

スリップリング１２は回転型信号伝達手段であって、超音波振動子１１と前記超音波信号処理回路との間で信号の授受を行う。スリップリング１２は、リングホルダ１２ａと、一対のリング部材１２ｂ、１２ｃと、間隔環１２ｄとで構成されている。リング部材１２ｂ、１２ｃは導電性部材で形成された環状部材であり、リングホルダ１２ａに外嵌配置される。間隔環１２ｄは絶縁部材であって、リング部材１２ｂとリング部材１２ｃとの間に位置するようにリングホルダ１２ａに外嵌配置される。リング部材１２ｂ、１２ｃの外周面には、ブラシホルダ１５に配設されたブラシ部材１５ａ、１５ｂがそれぞれ付勢力によって電気的に当接する。

超音波振動子１１からは入出力用の信号ケーブル（不図示）が延出している。入力用の信号ケーブルはリング部材１２ｂに電気的に接続され、出力用の信号ケーブルはリング部材１２ｃに電気的に接続されている。

したがって、超音波信号処理回路で生成された駆動信号は、駆動用信号線２３ａ、ブラシ部材１５ａ、リング部材１２ｂ及び入力用の信号ケーブルを経て超音波振動子１１に入力される。このことによって、超音波振動子１１から超音波信号が出射される。

一方、超音波振動子１１で取得したエコー信号は、出力用の信号ケーブル、リング部材１２ｃ、ブラシ部材１５ｂ及びエコー用信号線２３ｂを経て、超音波信号処理回路に伝送され、その後、前記送受信回路からアンテナ（不図示）を介して超音波観測装置に向けて出力されるようになっている。

５ 乃至図
駆動モータ１４は、超音波振動子１１を回転させる回転駆動力を発生するモータ部１４ａと、ブロック内に例えば遊星歯車や平歯車列等で構成した減速機構部を設けた減速ブロック１４ｂとで構成されている。モータ部１４ａの回転力は、減速ブロック１４ｂの入力側軸（不図示）に伝達された後、減速機構部で所定の回転数に減じられて出力側軸であるモータ軸１４ｃに伝達される。このモータ軸１４ｃは振動子シャフト１１ｂに設けられている固定用孔１１ｃ内に係入配置された状態で、例えば接着によって一体的に連結固定されている。

エンコーダ１３は超音波振動子１１の回転角を検出する。そのため、エンコーダ１３は、例えば周方向に一定間隔に着磁された着磁部（不図示）を設けたエンコーダドラム１３ａと、このエンコーダドラム１３ａに設けられた着磁部を読み取るエンコーダ用センサ（不図示）とで主に構成されている。エンコーダ用センサは、エンコーダドラム１３ａの着磁部に対向するようにブラシホルダ１５に一体的に配設されている。エンコーダ用センサから延出する信号線２４ａ、２４ｂは、例えば第３基板１６ｃに電気的に接続されている。エンコーダ１３によって検出された回転角度情報に関わる信号は、駆動モータ１４の回転制御及び超音波診断断層画像の構築に利用される。

駆動モータ１４はモータ固定部材３１の締め付け力によってブラシホルダ１５に一体的に固定される。具体的に、駆動モータ１４を構成する減速ブロック１４ｂの外周面には弾性シート部材２５が例えば接着によって固設されている。減速ブロック１４ｂは、ブラシホルダ１５の後端側内周面内に配置されるように構成されており、この配置状態において、弾性シート部材２５がブラシホルダ１５に設けられている雌ねじ部１５ｃに対向配置される。

ここで、雌ねじ部１５ｃに螺合配置されたモータ固定部材３１を締め付ける方向に移動させていく。すると、モータ固定部材３１の先端面が徐々に弾性シート部材２５を押圧することによって、減速ブロック１４ｂの外周面がブラシホルダ１５の後端側内周面に押圧されていく。そして、モータ固定部材３１による締め付け力が所定の力量になることによって、振動子シャフト１１ｂにモータ軸１４ｃを一体的に固定した駆動モータ１４が所定の力量でブラシホルダ１５の後端側内周面に押圧固定される。このとき、減速ブロック１４ｂはブラシホルダ１５に対して回転することが防止されている。つまり、モータ固定部材３１による所定の力量による締め付け力とは、駆動モータ１４を駆動させた状態において減速ブロック１４ｂがブラシホルダ１５内で回転することを防止する力量である。

なお、符号２６はモータ部１４ａを構成する外装部材に配設されるＯリングである。Ｏリング２６はブラシホルダ１５の内孔に連通する後端側連通孔の内周面に密着して駆動モータ１４とブラシホルダ１５との間の水密を保持する。

図２乃至図５を参照して超音波ユニット１０の形成手順を説明する。
図２に示すユニット部組２０を構成する。まず、超音波振動子１１が駆動モータ１４の駆動力によって回転するとともに、この超音波振動子１１の回転がエンコーダ１３によって検出され、超音波信号処理回路で生成された駆動信号が超音波振動子１１に伝送され、かつ超音波振動子１１で取得したエコー信号が超音波信号処理回路に伝送されるようにスリップリング１２、エンコーダドラム１３ａを組み付ける。その後、駆動モータ１４と超音波振動子１１とを一体に組み付ける。そして、駆動モータ１４をブラシホルダ１５に固設する。このことによって、ユニット部組２０が構成される。

なお、基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ同士は信号線によって電気的に接続されている。第１基板１６ａとブラシ部材１５ａ、１５ｂとは駆動用信号線２３ａ及びエコー用信号線２３ｂによって電気的に接続されている。第２基板１６ｂと駆動モータ１４とは電力線２２ａ及び信号線２２ｂによって電気的に接続されている。第２基板１６ｂと電源用基板１８とは電力線２１ａ、２１ｂによって電気的に接続されている。第３基板１６ｃとエンコーダ用センサとは信号線２４ａ、２４ｂによって電気的に接続されている。

次に、図３に示すように基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃを駆動モータ１４の例えばモータ部１４ａの周囲に接着剤２７によって接着固定するとともに、電源用基板１８を接着剤２７によってモータ部１４ａの基端面に接着固定する。このことによって、基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８がモータ部１４ａに一体固定されたユニット部組２０が構成される。

次いで、図４に示すようにユニット部組２０の外周側に熱収縮チューブ１９を被覆配置させる。その後、熱収縮チューブ１９を所定の温度で加熱する。すると、熱収縮チューブ１９が熱によって収縮するとともに、接着層１９ａが溶融する。そして、加熱工程が終了することによって、熱収縮チューブ１９の内周面がブラシホルダ１５の外周面に密着固定された状態になるとともに、熱収縮チューブ１９の後端側が一点鎖線に示すように変形して、熱収縮チューブ１９の一部が電子部品に接着固定された状態になる。

次に、図５に示すように熱収縮チューブ１９の後端部の密着固定を行う。このとき、熱収縮チューブ１９の内周面とブラシホルダ１５の基端面とで構成される内部空間のエアー抜きを行いながら密着固定を行う。このことによって、熱収縮チューブ１９の一部が電池１７の一面に接着固定されるとともに、熱収縮チューブ１９の後端部同士が接着固定される。このことによって、ユニット部組２０を熱収縮チューブ１９内に収納した超音波ユニット１０が構成される。
なお、破線で示すように熱収縮チューブ１９の後端部同士を接着固定した際に形成される不要部分は切断廃棄される。

この後、カプセル本体３の有する内部空間３ｂ内に超音波ユニット１０を配置させる。この際、内部空間３ｂ内に、予め、所定量の接着剤８を充填しておく。このことによって、超音波ユニット１０を内部空間３ｂ内に挿入していくことによって、接着剤８が熱収縮チューブ１９とカプセル本体３の内周面との間に行き渡った状態になって、超音波ユニット１０がカプセル本体３に対して一体的に接着固設される。

次に、先端キャップ４の開口を超音波ユニット１０が一体なカプセル本体３の超音波振動子１１に対向させる。そして、先端キャップ４の開口側端部をカプセル本体３の先端段部３ａに外嵌配置させて超音波振動子１１を覆い包む。この先端キャップ配置状態において先端段部３ａに位置する先端キャップ４の外周面に糸巻き接着部５を形成する。このことによって、先端キャップ４の開口側内周面と先端段部３ａの外周面とが水密を保持した固定状態になる。

最後に、キャップ用密栓部材７を取り外した状態のカプセル部２を容器（不図示）中に貯留されているパラフィン６中に水没させる。すると、パラフィン６が段付き孔４ｂを介してカプセル部２内に充填されていく。このとき、カプセル部２内に気泡が残らないようにカプセル部２を傾ける等の作業を行う。そして、カプセル部２内にパラフィン６が所定の状態で充填されたことが確認されたなら、カプセル部２をパラフィン６中に浸漬させた状態で、キャップ用密栓部材７を段付き孔４ｂに配置して、段付き孔４ｂが閉塞状態にする。このことによって、カプセル部２内にパラフィン６が充填された図１に示す超音波カプセル１が構成される。

このように、超音波カプセルのカプセル部内に配設される超音波振動子、スリップリング、エンコーダ、駆動モータ、ブラシホルダ及び各種基板で構成されるユニット部組を熱収縮チューブ内に収納して一体な超音波ユニットとして構成することによって、超音波ユニットをカプセル本体に接着によって一体固定することができる。

このことによって、カプセル本体と超音波ユニットとを一体的に固定するための構造が不要になって組み立て工数の低減を図れるとともに、カプセル本体と超音波ユニットとを例えばビス止めによって一体固定する構造等に比べてカプセル本体の肉厚を薄肉に形成して、カプセル部の小型化を図れる。

また、ユニット部組に熱収縮チューブを被覆配置するに当たって、予め、各種回路を構成する基板を駆動モータを構成するモータ部の周囲に接着固定したことによって、熱収縮チューブをユニット部組の外周側に配置させる際、信号線等と基板との電気的接続部に不具合が発生することを防止して、熱収縮チューブの被覆配置をより容易に行うことができる。

さらに、熱収縮チューブをブラシホルダの外周面に密着固定させるとともに、ユニット部組を構成する駆動モータのモータ部にＯリングを配設してモータ部の外周面とブラシホルダの後端側連通孔の内周面との間を水密に保持したことによって、電子部品が実装された基板が配設される空間内に超音波伝達媒体が侵入することを確実に防止することができる。このことによって、超音波伝達媒体の侵入によって基板等に不具合が発生することが防止される。

なお、本実施形態においては、駆動モータのモータ部にＯリングを設けるとともに、熱収縮チューブをブラシホルダの外周面に密着固定させて超音波伝達媒体の侵入によって基板に不具合が発生することが防止しているが、図７に示すようにユニット部組２０を構成する際、基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８に封止用接着剤９を塗布して封止する構成にしてもよい。このことによって、封止用接着剤９によって封止された基板を超音波伝達媒体から保護することができる。

また、熱収縮チューブの一面側に接着層を設ける代わりに、図８に示すように熱収縮チューブ１９の一面側に例えば軟磁性フェライト粉末と熱可塑性ポリマーとで形成される磁性層１９ｂを設けるようにしてもよい。このことによって、磁性層を設けた熱収縮チューブ内に収納されたユニット部組に設けられている信号を入出力するための各種信号線や、基板同士を電気的に接続する信号線等を介して侵入するノイズの重畳を防止することができる。熱収縮チューブは一面側に接着層を備え、他面側に磁性層を備える構成等であってもよい。

さらに、本実施形態においては基板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１８をセラミックス製、或いはガラスエポキシ製の硬質な回路基板としているが、回路基板は硬質なものに限定されるものではなく、図９に示すようにフレキシブル基板２８上に電池１７や各種電子部品を実装して各種回路を構成するようにしてもよい。このフレキシブル基板２８は、例えば前述と同様にモータ部１４ａの周囲に巻回状態で固設された後、熱収縮チューブ１９内に収納される。

又、本実施形態においては、超音波伝達媒体を絶縁性流動パラフィンとし、この絶縁性流動パラフィンをカプセル部２に充填する構成としているが、例えば図１０に示すように振動子シャフト１１ｂにブラシホルダ１５の先端側連通孔の内周面に当接して水密を保持するＯリング２９を配設するようにしてもよい。このことによって、超音波振動子１１が配設されている先端キャップ４側空間内に水溶性の超音波伝達媒体を充填することができる。

また、本実施形態においては、駆動モータを減速ブロックを有する構成としているが、駆動モータの構成はこれに限定されるものではない。

尚、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。

超音波診断用カプセルの構成を説明する図 超音波診断用カプセルを構成するユニット部組を説明する図 図３乃至図５は超音波ユニットを形成する手順を説明する図であり、図３は基板をモータ部に固定したユニット部組を説明する図 基板をモータ部に固定したユニット部組に熱収縮チューブを被覆した状態を示す図 熱収縮チューブを熱収縮させて構成された超音波ユニットを示す図 熱収縮チューブの構成例を説明する図 ユニット部組の他の構成例を説明する図 熱収縮チューブの他の構成例を説明する図 ユニット部組の別の構成例を説明する図 振動子シャフトにＯリングを設けた超音波診断用カプセルの構成を説明する図

符号の説明

１…超音波診断用カプセル（超音波カプセル）
２…カプセル部
３…カプセル本体
４…先端キャップ
１０…超音波ユニット
１９…熱収縮チューブ
２０…ユニット部組
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (6)

1. 先端キャップと、この先端キャップが水密的に一体固定されるカプセル本体とでカプセル部を構成し、前記カプセル部内に回転駆動される超音波振動子が配設される超音波診断用カプセルにおいて、
   前記カプセル部内に配設されて前記超音波振動子を回転させる駆動モータと、前記超音波振動子の制御及び駆動モータの制御を行う各種電気部品及び各種電子部品を実装した基板とを熱収縮チューブによって一体化したことを特徴とする超音波診断用カプセル。
2. 前記熱収縮チューブによって一体化される駆動モータ、各種電気部品及び各種電子部品を実装した基板のうち、少なくとも前記基板を、予め、接着剤によって前記駆動モータ又は前記電気部品に一体的に固定したことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断用カプセル。
3. 前記駆動モータ又は前記電気部品に接着剤によって予め一体的に固定される前記基板を、接着剤で封止するとともに、所定形状に形成したことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断用カプセル。
4. 前記各種電子部品が実装される基板は、硬質な基板に加えてフレキシブル基板を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波診断用カプセル。
5. 前記熱収縮チューブは、一面側に加熱されることによって溶融する接着層を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断用カプセル。
6. 前記熱収縮チューブは、一面側に磁性層を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断用カプセル。

Images