JP3911825B2

JP3911825B2 - 超音波プローブ

Info

Publication number: JP3911825B2
Application number: JP05416098A
Authority: JP
Inventors: 利男坂本
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11235343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内等に挿入されて回転方向に超音波走査を行うようにした超音波プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体内の組織状態の検査を行うための超音波プローブとして、体腔内に挿入されるタイプのものは従来から広く用いられている。この種の超音波プローブは、超音波走査部に軸部を連設したものからなり、この軸部は可撓性を有する可撓性コードで形成される。この超音波プローブは直接体腔内に挿入されるものと、内視鏡等のガイド手段を介して体腔内に挿入されるものとがある。内視鏡には鉗子等の処置具を挿通するための処置具挿通チャンネルを備えているから、この処置具挿通チャンネルを超音波プローブの体腔内への挿入経路として用いるのが一般的である。
【０００３】
内視鏡の処置具挿通チャンネルをガイドとして挿入される、所謂内視鏡挿通用超音波プローブにあっては、超音波走査部には単板からなる超音波振動子を有する超音波トランスデューサを設けることにより細径化を図っている。この超音波トランスデューサにより所定の範囲にわたって走査するが、超音波トランスデューサを回転方向に駆動するラジアル走査を行うものがある。このラジアル走査を行う場合には、超音波トランスデューサを回転駆動する手段等が必要となる。回転駆動手段を挿入部の先端に設けると太径化することから、遠隔操作で超音波トランスデューサを回転駆動する。このために、超音波走査部に接続した軸部を構成する可撓性コードは、可撓性を有するチューブ内に密着コイル等からなるフレキシブルシャフトを挿通したものから構成し、この可撓性コードの基端部にコネクタ部を連結する。コネクタ部はチューブに連結した固定部と、フレキシブルシャフトに連結した回転軸とから構成して、走査駆動ユニットに着脱可能に接続される。走査駆動ユニットにはコネクタ部の回転軸を回転駆動する手段が設けられており、これによりフレキシブルシャフトをチューブ内で軸回りに回転駆動することによって、その回転力を超音波トランスデューサにまで伝達する。
【０００４】
以上の構成を有する超音波プローブは、内視鏡の処置具挿通チャンネルに組み込まれて、その基端側に設けたコネクタ部を超音波操作部に接続し、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入して超音波走査部を体腔内における超音波検査を行うべき位置に配置させる。超音波トランスデューサを回転する間に所定の角度毎に超音波パルスを体内に向けて送信すると、体内組織の断層部分から反射エコーが得られ、この反射エコーは超音波トランスデューサにより電気信号に変換されて、この信号が外部に取り出される。そして、この反射エコー信号を超音波観測装置に取り込んで所定の処理を行うことにより超音波画像が得られる。
【０００５】
ラジアル超音波走査を行う超音波プローブにおいて、超音波走査部における超音波トランスデューサを収納するハウジングとしての先端キャップは円筒形となし、先端キャップは音響特性に優れた樹脂材等から構成し、かつ少なくともこの先端キャップ内には超音波伝達媒体を充満させておく。ここで、超音波トランスデューサを構成する超音波振動子の送受信面を広くした方が遠方に超音波のフォーカス点を設定できるため、より深い部位の情報が得られ、送受信感度の向上が図れる。また、超音波振動子の厚み寸法を大きくすると、バッキング材を厚くできるため、送受信性能の向上が図れる。
【０００６】
ここで、超音波振動子の送受信面を広くしたり、厚みを大きくするには、超音波トランスデューサが設けられる先端キャップの内部を広くしなければならない。処置具挿通チャンネルに挿通される超音波プローブであっても、超音波走査部の外径を処置具挿通チャンネルの内径より大きくすることは可能である。この場合には、可撓性コード及びコネクタ部を処置具挿通チャンネルの内径より細くして、コネクタ部を処置具挿通チャンネルの先端側から挿入するようにして内視鏡に組み込む。従って、超音波プローブは内視鏡の挿入部を体腔内に挿入する前の段階で、予め処置具挿通チャンネルに組み込むようにする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波トランスデューサとフレキシブルシャフトとの間の連結は、フレキシブルシャフトの先端に回転部材を連結して設け、この回転部材を超音波走査部を構成する先端キャップ内にそのまま延在させて、この回転部材に超音波トランスデューサを支持させる。そして、回転部材の先端キャップ内に位置する部位に平坦な面を形成して超音波トランスデューサの取付部としている。従って、先端キャップの内部では、この先端キャップの軸線と直交する方向の断面において、その中心部分には回転部材が位置しており、超音波トランスデューサが装着される部位は先端キャップの断面における半円よりかなり小さいスペースとなってしまう。この結果、先端キャップを大径化させたとしても、必ずしもそのスペースを有効に活用することができず、超音波振動子の表面積を広くしたり、またバッキング材の厚み寸法を大きくするには限界があった。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、超音波走査部を構成するハウジング内におけるスペースを有効的に活用して、大型の超音波トランスデューサを設け、またバッキング材の厚み寸法を大きくできるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、可撓性コードの先端に円筒形のハウジングを連結して設け、このハウジング内に超音波振動子を有する超音波トランスデューサを装着して、この超音波トランスデューサを回転体に連結して、この回転体を回転駆動することにより超音波走査を行うように構成した超音波プローブにおいて、前記回転体の外周面に、その回転中心軸線から前記ハウジング内面側に偏寄し、この回転中心軸と平行な方向に形成した平坦面からなる取付部を設け、前記超音波トランスデューサに連結部材を設け、この連結部材を前記取付部に接合させて、連結ピンにより連結し、前記連結部材の表面には、その前記超音波トランスデューサの接合部と前記回転体を構成する取付部との間に電子部品が搭載され、かつ所定の配線パターンが形成されて、中継基板を構成するようになっており、前記超音波トランスデューサの超音波振動子の電極からの配線と、前記回転体内からのケーブルの配線とを前記配線パターンに接続する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
ここで、連結部材に超音波トランスデューサを連結した状態で、その送受信面をほぼ回転中心軸線を含む面に臨むように配置すると、超音波振動子の表面積を広くすることができ、また送受信面を連結部材の連結位置から回転中心軸線を越えた位置にまで延在させるようにすれば、超音波振動子の厚肉化が可能となる。そして、連結部材にケーブルを接続し、この連結部材を介して超音波振動子と電気的に接続するように構成していることから、連結部材は中継基板を兼ねるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで、以下に示す実施の形態においては、内視鏡の処置具挿通チャンネルをガイド手段として体腔内に挿入される超音波プローブとして構成したものについて説明するが、直接体腔内に挿入されるタイプの超音波プローブにも適用できる。また、超音波走査部を、それに連結した可撓性コードより太径にしたものとするが、超音波走査部を可撓性コードと同じ外径としたものにも適用できる。
【００１２】
まず、図１に超音波検査装置の全体構成を示す。この超音波検査装置は、超音波プローブ１と、走査駆動ユニット２及び超音波観測装置３とそのモニタ４とから構成される。超音波プローブ１は内視鏡５を介して体腔内に挿入されるものであり、具体的には、内視鏡５の本体操作部５ａに設けられ、鉗子その他の処置具を挿通させるための処置具導入部６から挿入されて、この本体操作部５ａから挿入部５ｂを貫通するように形成した処置具挿通チャンネル７を介して体腔内に導かれるようになっている。ここで、走査駆動ユニット２は超音波観測装置３及びモニタ４等が装着されているラック８から延在させた可動アーム９に取り付けられて、そのコード２ａが超音波観測装置３に着脱可能に接続されている。そして、可動アーム９は軽い負荷で任意の方向に曲がるようになっている。
【００１３】
超音波プローブ１は、先端側から、超音波走査部１ａ，可撓性コード１ｂ及びコネクタ部１ｃから構成される。超音波走査部１ａの外径は最も太く、可撓性コード１ｂ及びコネクタ部１ｃはそれより細いものである。可撓性コード１ｂ及びコネクタ部１ｃの外径寸法は処置具挿通チャンネル７の内径より小さくなっている。そして、超音波走査部１ａは、図２及び図３から明らかなように、ハウジングとしての先端キャップ１０を有し、この先端キャップ１０は超音波の透過性を良好な材質のもの、例えばシリコン樹脂，ポリエチレンその他の合成樹脂で形成され、肉厚の薄いものから構成される。超音波走査部１ａには可撓性コード１ｂが連結されるが、先端キャップ１０の保形性を良好となし、また可撓性コード１ｂとの連結強度を良好にするために、先端キャップ１０には金属製のキャップ保持部材１１を連結する構成としている。ここで、キャップ保持部材１１は、一端が大径の先端キャップ１０に連結され、他端は細径の可撓性コード１ｂに連結されるものであるから、大径のキャップ側連結部１１ａと小径のコード側連結部１１ｂとから構成されている。
【００１４】
先端キャップ１０内には超音波トランスデューサ１２が設けられており、この超音波トランスデューサ１２は遠隔操作により回転駆動されるものである。可撓性コード１ｂは超音波トランスデューサ１２にまで回転を伝達するためのものであって、この可撓性コード１ｂは軟性のチューブ１３内に密着コイルからなるフレキシブルシャフト１４を挿通させたものであり、また超音波トランスデューサ１２に接続したケーブル１５は、このフレキシブルシャフト１４内に挿通されている。従って、フレキシブルシャフト１４の基端部をチューブ１３内で軸回りに回転させると、その回転が先端にまで及ぶことになる。また、ケーブル１５はフレキシブルシャフト１４及び超音波トランスデューサ１２と共に回転することになる。
【００１５】
図４及び図５に示したように、超音波トランスデューサ１２は、例えばセラミック圧電素子等からなる超音波振動子１６を有し、この超音波振動子１６の送受信面側には少なくとも音響整合層１７が積層され、またその裏面側にはバッキング材１８を配設したものであり、全体が略円柱形状となっている。この超音波トランスデューサ１２における送受信面とは反対側、即ちバッキング材１８の裏面には凹部１８ａが形成されており、この凹部１８ａに連結部材１９が接着等の手段で固着して設けられている。また、バッキング材１８における連結部材１９の固着部より左右両側の部位には斜めに切り欠いた面取り部１８ｂ，１８ｂが形成されている。一方、回転伝達側であるフレキシブルシャフト１４の先端には回転体２０が連結されている。この回転体２０は筒状部２０ａと円形部２０ｂとを備え、筒状部２０ａにはフレキシブルシャフト１４の先端部が挿入されて、スポット溶接等の手段で固定されている。この筒状部２０ａは、先端キャップ１１をチューブ１３に連結するためのキャップ保持部材１１のコード側連結部１１ｂの内側に位置している。
【００１６】
回転体２０の筒状部２０ａは、キャップ保持部材１１のコード側連結部１１ｂからキャップ側連結部１１ａに移行する部位が厚肉化されると共に、このキャップ保持部材１１との間に軸受２１を介在させることにより回転自在に支持されている。また、筒状部２０ａに連結した円形部２０ｂは超音波走査部１ａの空間内に延在されている。ここで、この円形部２０ｂが位置する部位はキャップ保持部材１１のキャップ側連結部１１ａの内部である。
【００１７】
そして、回転体２０の円形部２０ｂの外周部、即ち回転体２０の回転中心軸線から離れた位置には軸線方向に向けて延在させた平坦面を有する取付部２２が連設されており、連結部材１９はこの取付部２２に連結される。この連結部材１９と取付部２２との連結は連結ピン２３を用いて行われる。このために、取付部２２にはピン挿通孔２２ａが穿設されており、また連結部材１９における取付部２２のピン挿通孔２２ａに対応する位置にもピン挿通孔１９ａが形成されている。従って、連結部材１９をそのピン挿通孔１９ａが取付部２２におけるピン挿通孔２２ａと一致させた状態に組み込んで、連結ピン２３をピン挿通孔２２ａ，１９ａに挿通させて、接着やかしめ等の手段で固着するようにしている。
【００１８】
図５に概略示したように、超音波トランスデューサ１２を構成する超音波振動子１６には、その表裏両面に電極が設けられており、この電極にはケーブル１５が接続される。このケーブル１５は、コネクタ部１ｃから可撓性コード１ｂを構成する密着コイルからなるフレキシブルシャフト１４の内部を通り、回転体２０内を通過して連結部材１９に接続されている。また、連結部材１９には超音波振動子１６の表裏両面に設けた電極からの配線が接続されており、かつ電子部品として、例えばコイル２４が搭載されている。従って、連結部材１９の表面には所定の配線パターン等が形成されており、連結部材１９は超音波振動子１６とケーブル１５とを結ぶ中継基板としての機能も発揮する。そして、連結部材１９における超音波振動子１６からの配線の接続部及びケーブル１５の接続部は、超音波トランスデューサ１２を固着した側の面であって、この超音波トランスデューサ１２との接合部と取付部２２への接合部との間の部位となっている。
【００１９】
なお、図中において、２５は先端キャップ１０に設けられ、その内部に超音波伝達媒体を供給するための超音波伝達媒体供給通路であり、この超音波伝達媒体供給通路２５は栓部材２６により閉鎖可能となっている。また、２７は可撓性コード１ｂのチューブ１３をキャップ保持部材１１のコード側連結部１１ｂに嵌合させた状態に固定するための糸巻きである。
【００２０】
以上のように、超音波振動子１６を含む超音波トランスデューサ１２は、その裏面側に連結部材１９が連結して設けられており、この連結部材１９を回転体２０の外周部に設けた取付部２２に連結されている。従って、連結部材１９は先端キャップ１０の内面と干渉しないことを条件として、この内面に近接した位置に配置することができる。この結果、先端キャップ１０の軸線と直交する断面において、回転中心軸線Ａを含む広いスペースが確保され、この広いスペースに超音波トランスデューサ１２を装着できる。しかも、連結部材１９の幅寸法を狭くしており、かつ超音波トランスデューサ１２に対してはバッキング材１８に形成した凹部１８ａに装着されて、バッキング材１８に裏面と連結部材１９の表面とがほぼ同じ高さ位置となっている。さらに、バッキング材１８の連結部材１９との連結部の両側は面取り部１８ｂとなっている。従って、連結部材１９を先端キャップ１０の内面に極めて近接する位置に配置しても、超音波走査を行うために、超音波トランスデューサ１２を回転させている間に連結部材１９等が先端キャップ１０の内面に接触することはない。この結果、フレキシブルシャフト１４を回転駆動すると、その回転が回転体２０から連結部材１９に伝達されて、超音波トランスデューサ１２が円滑に回転してラジアル走査が行われ、その間に連結部材１９等が先端キャップ１０の内面と摺動するおそれはない。
【００２１】
ここで、超音波トランスデューサ１２における送受信面は連結部材１９の板面と平行に配置されることになる。従って、前述したように、連結部材１９を先端キャップ１０の内面に近接した位置に配置することにより、図６に示したように、この送受信面をほぼ先端キャップ１０の中心位置を含む面に臨ませるようにすることができるから、超音波トランスデューサ１２を構成する超音波振動子１６の表面積を広くすることができる。この結果、送信した超音波のフォーカス点をより遠方に設定することができて、体内の深い部位の超音波断層像が得られ、また送受信感度も向上する。
【００２２】
一方、図７に示したように、超音波トランスデューサ１２における送受信面を先端キャップ１０における中心位置を越えた部位にまで延在させるようにすることもできる。これによって、全体としての超音波トランスデューサ１２の厚みが大きくなり、従って超音波振動子１６を厚肉化できることになる。この結果、バッキング材１８の厚みを大きくできて、送受信性能が向上する。
【００２３】
また、超音波振動子１６に接続されるケーブル１５は、フレキシブルシャフト１４内では同軸ケーブルとするのが一般的であるが、この同軸ケーブルの分布容量等の影響を排除して共振特性を安定させるためには、超音波振動子１６とケーブル１５との間にコイル２４を設ける等、超音波振動子１６の近傍位置には電子部品等を設置する必要がある。このようにコイル２４を設ければ、超音波の送受信インピーダンスが高められて、送受信効率が良好になり、Ｓ／Ｎ比が向上する等の利点がある。連結部材１９を中継基板としての機能を持たせていることから、この連結部材１９にこれらの電子部品を容易に搭載することができる。また、修理等を行う際において、超音波振動子１６とケーブル１５とを分離する必要が生じることもあるが、ケーブル１５の連結部材１９への接続配線を切断すれば容易に分離できるようになる。そして、修理等が終了すると、はんだ付け等により簡単に再接続を行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はハウジング内面側に偏寄した位置に取付部を設けて、この取付部から回転中心軸線と平行な方向に連結部材を延在させて設け、この連結部材に超音波トランスデューサを連結する構成としたので、ハウジングの内部の広いスペースに超音波トランスデューサの配設できることから、超音波振動子の表面積を広くして深い部位で、高感度の超音波画像を取得したり、バッキング材を厚くして送受信性能の向上が図られ、また連結部材の表面に超音波トランスデューサの接合部と取付部への接続部との間に電子部品が搭載され、かつ所定の配線パターンが形成されて、中継基板を構成するようになっており、しかも超音波トランスデューサの超音波振動子の電極からの配線と、回転体内からのケーブルの配線とを配線パターンに接続することによって、超音波トランスデューサの近傍位置に必要な電子部品を容易に装着でき、回転体側のケーブルと超音波振動子からの配線とを切断することによって、このように超音波振動子の表面積を大きくしても、超音波プローブの修理を容易に行える等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す超音波検査装置を、その超音波プローブをガイドするために設けられる内視鏡と共に示す全体構成図である。
【図２】超音波プローブの先端部分の断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】超音波トランスデューサの取付構造を示す分解斜視図である。
【図５】超音波トランスデューサの取付部に取り付けた状態の外観図である。
【図６】図２のＹ−Ｙ断面図である。
【図７】他の構造の超音波トランスデューサを装着した状態を示す図６と同様の断面図である。
【符号の説明】
１超音波プローブ１ａ超音波走査部
１ｂ可撓性コード１ｃコネクタ部
１０先端キャップ１１キャップ保持部材
１２超音波トランスデューサ１３チューブ
１４フレキシブルシャフト１５ケーブル
１６超音波振動子１７音響整合層
１８バッキング材１９連結部材
２０回転体２２取付部
２４コイル

Claims

可撓性コードの先端に円筒形のハウジングを連結して設け、このハウジング内に超音波振動子を有する超音波トランスデューサを装着して、この超音波トランスデューサを回転体に連結して、この回転体を回転駆動することにより超音波走査を行うように構成した超音波プローブにおいて、
前記回転体の外周面に、その回転中心軸線から前記ハウジング内面側に偏寄し、この回転中心軸と平行な方向に形成した平坦面からなる取付部を設け、
前記超音波トランスデューサに連結部材を設け、この連結部材を前記取付部に接合させて、連結ピンにより連結し、
前記連結部材の表面には、その前記超音波トランスデューサの接合部と前記回転体を構成する取付部との間に電子部品が搭載され、かつ所定の配線パターンが形成されて、中継基板を構成するようになっており、
前記超音波トランスデューサの超音波振動子の電極からの配線と、前記回転体内からのケーブルの配線とを前記配線パターンに接続する
構成としたことを特徴とする超音波プローブ。
前記超音波トランスデューサのバッキング材の裏面側に凹部を形成し、この凹部内に前記連結部材を固着する構成としたことを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
前記バッキング材の前記連結部材の固定部の両側の部位を斜め下方に切り欠いたテーパ面を形成する構成としたことを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。