JP4674425B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば体腔内挿入型の超音波診断装置として用いられる超音波プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
体腔内挿入型の超音波診断装置として、内視鏡等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を備えたものは、例えば図５に示した構成のものが従来から広く使用されている。
【０００３】
図中において、１は内視鏡であり、内視鏡１は本体操作部２に体腔内への挿入部３を連設してなるものであり、この挿入部３の先端部には、周知のように、照明窓及び観察窓からなる内視鏡観察手段が装着されている。本体操作部２から挿入部３の先端に至るまでの部位には、鉗子その他の処置具を挿通するための処置具挿通チャンネル４が設けられており、この処置具挿通チャンネル４の先端は、照明窓，観察窓等を設けた部位の近傍に処置具導出口として開口している。
【０００４】
１０は超音波プローブであって、この超音波プローブ１０は細径の長尺部材からなるプローブ本体１１と走査ユニット１２とを有し、プローブ本体１１の基端部は走査ユニット１２に着脱可能に接続されるものである。走査ユニット１２は超音波観測装置１３及びそのモニタ１４が装着されているラック１５に連結して設けたアーム１６に取り付けられている。この走査ユニット１２からはコード１７が延出されており、コード１７はラック１５に設置した超音波観測装置１３に着脱可能に接続される。なお、走査ユニットは内視鏡１の本体操作部２に装着されるように構成しても良い。
【０００５】
図６にプローブ本体１１の先端部分の断面を示す。プローブ本体１１は、電気絶縁性の良好で、曲げ方向に可撓性を有する樹脂製のチューブで形成した可撓性スリーブ２０を有し、この可撓性スリーブ２０の先端には、音響特性に優れ、保形性の良好な部材からなる先端キャップ２１が連結して設けられている。ここで、先端キャップ２１は可撓性スリーブ２０より大径のものである。従って、内視鏡１の処置具挿通チャンネル４には、挿入部３の先端側から本体操作部２に向けて挿入するようにして装着されるようになっている。
【０００６】
先端キャップ２１は先端が閉塞された構造を有するものであって、先端キャップ２１内には超音波振動子２２が設けられている。この超音波振動子２２は回転方向に走査する回転式超音波プローブであり、超音波振動子２２は走査ユニット１２内に設けたモータ等の駆動手段により回転駆動されるようになっている。このために、走査ユニット１２から可撓性スリーブ２０内を通り、先端キャップ２１の内部に延在させたフレキシブル回転伝達シャフトとしての密着コイル２３が設けられる。また、超音波振動子２２は基板２４に装着されており、密着コイル２３の先端部はこの基板２４に連結して設けた筒体２５に接続されている。密着コイル２３は金属線材を密巻き螺旋状に巻回することにより形成した中空の部材である。なお、走査ユニット１２内には前述したモータ等の駆動手段に加えて、超音波振動子２２の回転角を検出するエンコーダが装着されているが、この走査ユニット１２の内部構成は、従来から周知であるので、その図示及び説明は省略する。
【０００７】
超音波振動子２２には、超音波観測装置１３から駆動パルスが送信されて、この駆動パルスにより体内に向けて超音波が送信される。また、体内組織断層部分からの反射エコーを受信して電気信号に変換されるが、この電気信号は超音波観測装置１３に伝送されて、所定の信号処理が行われる。従って、超音波振動子２２には同軸ケーブル２６が接続されており、この同軸ケーブル２６は基板２４に連結して設けた筒体２５内から密着コイル２３の内部に挿通されて走査ユニット１２に着脱可能に接続されるコネクタ２７（図５参照）まで延在される。そして、図７に等価回路として示したように、同軸ケーブル２６の超音波振動子２２への接続部の近傍位置は、両配線２６ａ，２６ｂ間にコイル２８を設けるようにしている。コイル２８は超音波振動子２２と共に基板２４に装着される。
【０００８】
基板２４にコイル２８を装着するに当って、基板２４の手前側の位置にコイル２８を配置すると、先端キャップ２１の長さが長くなってしまう。先端キャップ２１は硬質部材であるから、この先端キャップ２１が長尺化すると、体腔内への挿入操作性に支障を来すことになる。以上のことから、従来技術においては、図６に示したように、基板２４の裏面側、つまり超音波振動子２２を装着した側とは反対側の面にコイル２８を取り付けるように構成したものが用いられる。このために、基板２４の筒体２５への連結部に透孔２４ａを形成して、筒体２５からの同軸ケーブル２６は基板２４の表面側から透孔２４ａを介して裏面側に延在させるようにしている。
【０００９】
ここで、超音波振動子２２は、少なくとも所定の幅と厚みとを有する圧電素子２２ａと、超音波の送受信面側に積層した音響整合層２２ｂと、その反対側の面に積層させたバッキング材２２ｃとの積層体から構成される。また、必要に応じて超音波の送受信面には音響レンズ等が積層される。基板２４には、バッキング材２２ｃが接着等の手段で固着され、もって超音波振動子２２が基板２４に装着される。
【００１０】
圧電素子２２ａの表裏両面にそれぞれ電極２９ａ，２９ｂが形成され、これら各電極２９ａ，２９ｂには配線３０ａ，３０ｂが接続されている。そして、基板２４の裏面には、図８に示したように、コイル２８の端子が接続される電極パターン３１ａ，３１ｂが形成されており、また基板２４におけるこれら電極パターン３１ａ，３１ｂの形成部にスルーホール３２ａ，３２ｂが穿設されている。圧電素子２２ａの両面から延在させた配線３０ａ，３０ｂは、これらスルーホール３２ａ，３２ｂを通って基板２４の裏面側に導き出され、ハンダ付け等の手段によって、電極パターン３１ａ，３１ｂに接続されて、もってコイル２８に電気的に接続されるようになっている。また、密着コイル２３から筒体２５内を通した同軸ケーブル２６から導出された配線２６ａ，２６ｂもこの電極パターン３１ａ，３１ｂにハンダ付け等の手段で接続される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、先端キャップ２１内において、超音波振動子２２の送受信面は先端キャップ２１の軸芯を含む平面に配置するのが望ましい。圧電素子２２ａ及びバッキング材２２ｃからなる超音波振動子２２の厚み寸法と、基板２４の厚み寸法等から、基板２４の裏面は先端キャップ２１の内面にかなり近い位置となる。しかも、先端キャップ２１の軸線方向の長さを短縮することから、超音波振動子２２は筒体２５の先端部に近接させている。一方、同軸ケーブル２６は密着コイル２３及び筒体２５の内部から先端キャップ２１内に導出されるので、この同軸ケーブル２６は先端キャップ２１の軸芯乃至その近傍に配置される。従って、この同軸ケーブル２６を基板２４の裏面側に引き出すには、筒体２５を出た位置で概略９０°曲げるようにしなければならず、また基板２４の裏面側に回り込んだ同軸ケーブル２６からの配線２６ａ，２６ｂは電極パターン３１ａ，３１ｂに接続しなければならない。従って、基板２４の裏面側に回り込んだ同軸ケーブル２６はさらに９０°曲げる必要がある。
【００１２】
このように、同軸ケーブル２６が短い間に２度にわたって概略９０°曲げるのには非常に無理があり、同軸ケーブル２６の引き回しに困難が生じる。特に、基板２４の裏面側で同軸ケーブル２６は先端キャップ２１の内面側に大きく膨出することになって、先端キャップ２１内面に当接する可能性がある状態に組み込まれることがある。先端キャップ２１の肉厚は薄いものであり、従って外部から押圧すると容易に変形することになる。
【００１３】
超音波プローブ１０では、密着コイル２３を可撓性スリーブ２０内で軸回りに回転駆動することによって、超音波振動子２２をラジアル方向に走査させるようになっているが、超音波振動子２２を回転させると、基板２４の裏面側に回り込ませた同軸ケーブル２６の膨出部分が先端キャップ２１の内面と摺接することがある。その結果、先端キャップ２１を損傷させたり、変形させるだけでなく、甚だしい場合には、この同軸ケーブル２６から導出した配線２６ａ，２６ｂの電極パターン３１ａ，３１ｂへの接続部に断線が生じる等の不都合が生じる。
【００１４】
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、超音波振動子が装着される基板の裏面側にコイルを設けた超音波プローブにおいて、超音波振動子及びコイルに接続されるケーブルを無理なくコンパクトに引き回すことができるようにすることにある。
【００１５】
【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、上下両面に電極を設けた圧電素子の下面にバッキング材を積層させることにより構成される超音波振動子を回転可能な基板に装着し、この基板を可撓性スリーブ内に挿通させた密着コイルと連結し、この密着コイル内に同軸ケーブルを挿通させて、前記超音波振動子と接続する構成とした超音波プローブであって、前記基板の前記超音波振動子の装着面とは反対側の面にコイルを取り付け、それぞれ前記超音波振動子の電極に第１の端部が接続され、また前記コイルに第２の端部が接続された分岐配線を設け、この分岐配線の一部は前記バッキング材の内部に埋入させ、前記分岐配線の第３の端部を前記バッキング材の前記密着コイルと対面する側面から導出させて、前記同軸ケーブルと接続する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１６】
同軸ケーブルは、超音波振動子とも、またコイルとも電気的に接続されるが、このために３つに分岐した分岐配線を用いる。この分岐配線の第１の端部は超音波振動子に、第２の端部はコイルに、さらに第３の端部は同軸ケーブルに電気的に接続される。コイルは基板の超音波振動子を装着した面とは反対側の面、つまり裏面に装着される。従って、分岐配線は、その一部分、特にコイルに接続される第２の端部側はバッキング材の内部に埋入される。分岐配線の第３の端部はバッキング材の密着コイルと対面する側の側面から露出させるようになし、密着コイル内に挿通させた同軸ケーブルとこの側面側で接続する。分岐配線の分岐部はバッキング材の内部で分岐させるか、またはバッキング材の密着コイルと対面する側面からの導出部で分岐させるようにする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。超音波診断装置の全体構成については、図５に示した従来技術のものと格別の差異はないので、図５と同一または均等な部材については同一の符号を用い、それらの具体的な構成は省略する。なお、この図５の超音波診断装置は内視鏡をガイド手段として体腔内に挿入するものとしているが、本発明はこのタイプの超音波診断装置に限定されるものではなく、直接、あるいは他のガイド手段によりガイドされて、体腔内に挿入されるものであっても良い。
【００１８】
而して、図１に超音波プローブ５０の先端部分の断面を示す。この超音波プローブ５０は、可撓性スリーブ５１の先端に先端キャップ５２を連結し、この先端キャップ５２の内部に超音波振動子５３が設けられ、この超音波振動子５３は密着コイル５４により遠隔操作で回転駆動されて、回転方向に走査できるように構成している。また、大型の超音波振動子５３を用いるために、先端キャップ５２は、内視鏡１の処置具挿通チャンネル４内に挿通される可撓性スリーブ５１の直径より大きいものとなっている。以上の点については、従来技術で説明した超音波プローブ１０と格別の差異はない。
【００１９】
超音波振動子５３は基板５５に装着されており、この基板５５の基端部は筒体５６に連結されており、密着コイル５４の先端部はこの筒体５６に直結されている。可撓性スリーブ５１の内部では筒体５６は小径部５６ａとなっており、先端キャップ５２の内部への延在部は大径部５６ｂとなっており、大径部５６ｂの先端面は先端キャップ５２の内部に開口しており、この開口部に基板５５が連結されている。
【００２０】
超音波振動子５３は、従来技術で説明したものと同じ構成のものを使用することができる。即ち、図１から明らかなように、超音波振動子５３は、圧電素子５３ａを有し、この圧電素子５３ａの送受信面側には音響整合層５３ｂが、また裏面側にはバッキング材５３ｃが積層されている。そして、バッキング材５３ｃの裏面が基板５５上に接着等の手段で固着される。また、基板５５の裏面側にはコイル５７が装着されている。
【００２１】
同軸ケーブル５８は、密着コイル５４の内部から筒体５６の小径部５６ａを通り、その大径部５６ｂの先端開口部に臨んでいる。この同軸ケーブル５８の内部導体及び外部導体からのそれぞれの配線５８ａ，５８ｂは大径部５６ｂの内部に配置されている。配線５８ａ，５８ｂは、超音波振動子５３の圧電素子５３ａの表裏両面に設けた電極５９ａ，５９ｂ（図３参照）及びコイル５７に電気的に接続しなければならない。ここで、コイル５７は、図２に示したように、基板５５の裏面に形成した電極パターン６０ａ，６０ｂに接続されている。また、電極パターン６０ａ，６０ｂにおけるコイル５７の搭載部を外した位置において、基板５５にはスルーホール６１ａ，６１ｂが設けられている。
【００２２】
図３に示したように、超音波振動子５３のバッキング材５３ｃ内には、２つの分岐配線６２ａ，６２ｂが埋設されている。分岐配線６２ａ，６２ｂは共に絶縁チューブ内に挿通された分岐部を有するものである。各々の分岐配線６２ａ，６２ｂの３つの端部をａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３（図１）とした時に、第１の端部ａ１，ｂ１は圧電素子５３ａの電極５９ａ，５９ｂに接続され、また第２の端部ａ２，ｂ２は基板５５のスルーホール６１ａ，６１ｂに挿通されて、電極パターン６０ａ，６０ｂと接続されている。さらに、第３の端部ａ３，ｂ３は同軸ケーブル５８から引き出された配線５８ａ，５８ｂと接続されている。これによって、図７に示した回路と同様の構成となる。
【００２３】
圧電素子５３ａに設けた電極５９ａ，５９ｂのうち、電極５９ｂはバッキング材５３ｃへの接合面に形成されているので、分岐配線６２ｂの第１の端部ｂ１は完全にバッキング材５３ｃ内に埋め込まれている。これに対して、電極５９ａは圧電素子５３ａの表面側に形成されているので、分岐配線６２ａの第１の端部ａ１は圧電素子５３ａを迂回するようにしてバッキング材５３ｃの内部に導かれている。いずれにしろ、分岐配線６２ａ，６２ｂの分岐部はバッキング材５３ｃの内部に位置している。
【００２４】
以上のように構成することによって、同軸ケーブル５８は密着コイル５４の軸線の延長線方向に延在させた状態で、無理に曲げることなく、その配線５８ａ，５８ｂを分岐配線６２ａ，６２ｂの端部ａ３，ｂ３と容易に接続できる。その結果、同軸ケーブル５８の引き回しを容易に行うことができ、かつ部分的に膨出する部位が生じることはない。これによって、基板５５の裏面側に突出する部材はコイル５７だけになるので、超音波プローブ５０により回転方向に超音波走査を行う際に、先端キャップ５２内に設けた部材がこの先端キャップ５２の内面と接触するおそれはない。従って、先端キャップ５２の保護が図られる。
【００２５】
また、同軸ケーブル５８からの配線５８ａ，５８ｂは、バッキング材５３ｃの側面であって、基板５５と連結した筒体５６との間で分岐配線６２ａ，６２ｂの端部ａ３，ｂ３と接続されているので、この配線接続部に外力等が作用することはない。従って、同軸ケーブル５８に断線等が生じるおそれがなくなる。さらに、この配線接続部は筒体５６の近傍乃至その大径部５６ｂの内部において行われるので、超音波振動子５３を筒体５６に近接した位置に配置することができる。その結果、先端キャップ５２の軸線方向の長さ寸法を短縮することができるようになる。ここで、超音波プローブ５０を内視鏡に組み込んだ時に、その挿入部の先端から少なくとも先端キャップ５２が突出しており、この状態のまま体腔内に挿入されることになる。従って、先端キャップ５２の長さが短縮されると、体腔内への挿入操作性が良好になる。
【００２６】
次に、図４は本発明の第２の実施の形態を示すものであって、この実施の形態においては、分岐配線１６２ａ，１６２ｂにおける分岐部は、超音波振動子１５３における圧電素子１５３ａの裏面側に積層したバッキング材１５３ｃの側面と、筒体との間のスペースの位置に分岐部が配置されており、この分岐部からコイルに接続される側の部分がバッキング材１５３ｃの内部に埋設されている。このように構成することによっても、同軸ケーブルが先端キャップの内部で無理に曲げられることがなくなり、先端キャップの内面側に膨出する部分を無くすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、超音波振動子が装着される基板の裏面側にコイルを設けた超音波プローブにおいて、超音波振動子及びコイルに接続されるケーブルを無理なくコンパクトに引き回すことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す超音波プローブにおける先端部分の断面図である。
【図２】超音波振動子が装着される基板の底面図である。
【図３】超音波振動子における配線接続部の構成説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示すものであって、超音波振動子及び一部がそのバッキング材の内部に設けられる分岐配線を示す構成説明図である。
【図５】内視鏡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を備えた超音波診断装置の全体構成図である。
【図６】従来技術による超音波プローブの先端部分の断面図である。
【図７】超音波振動子にコイルを接続する構成とした場合の等価回路図である。
【図８】図６の基板の底面図である。
【符号の説明】
５０ 超音波プローブ
５１ 可撓性スリーブ
５２ 先端キャップ
５３，１５３ 超音波振動子
５３ａ，１５３ａ 圧電素子
５３ｃ，１５３ｃ バッキング材
５４ 密着コイル
５５ 基板
５６ 筒体
５７ コイル
５８ 同軸ケーブル
５９ａ，５９ｂ 配線
６０ａ，６０ｂ 電極パターン
６２ａ，６２ｂ，１６２ａ，１６２ｂ 分岐配線

Claims (3)

1. 上下両面に電極を設けた圧電素子の下面にバッキング材を積層させることにより構成される超音波振動子を回転可能な基板に装着し、この基板を可撓性スリーブ内に挿通させた密着コイルと連結し、この密着コイル内に同軸ケーブルを挿通させて、前記超音波振動子と接続する構成とした超音波プローブにおいて、
   前記基板の前記超音波振動子の装着面とは反対側の面にコイルを取り付け、
   それぞれ前記超音波振動子の電極に第１の端部が接続され、また前記コイルに第２の端部が接続された分岐配線を設け、この分岐配線の一部は前記バッキング材の内部に埋入させ、
   前記分岐配線の第３の端部を前記バッキング材の前記密着コイルと対面する側面から導出させて、前記同軸ケーブルと接続する
   構成としたことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記分岐配線は、バッキング材の内部で分岐させ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。
3. 前記分岐配線は、前記バッキング材の前記密着コイルと対面する側面から導出させた位置で分岐させ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。

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