JP6596158B2 - 超音波内視鏡 - Google Patents
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Description
操作性の向上及び患者負担の改善に加えて、超音波診断における精度の向上が求められているにも関わらず、超音波振動子の挿入部を小径に、かつ先端部を小型に維持しつつ、超音波内視鏡の先端部において発生した熱を効率よく放熱することは、非常に難しいという問題があった。
本発明に係る超音波内視鏡を添付図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図1は、本発明の超音波内視鏡を使用する超音波検査システムの構成の一例を示す概略構成図である。
図1に示す超音波検査システム10は、患者などの被検体の体表からの超音波検査では困難な胆嚢又は膵臓の観察を、被検体の体腔である食道、胃、十二指腸、小腸、及び大腸などの消化管を経由して可能にし、超音波断層画像(以下、超音波画像という)を取得する超音波観察部と、内視鏡光学画像(以下、内視鏡画像という)を取得する内視鏡観察部とを有する本発明の超音波内視鏡を被検体の体腔内に挿入して、被検体の内視鏡画像を観察しながら被検体の観察対象部位の超音波画像を取得するものである。
また、超音波検査システム10は、更に、洗浄水などを貯留する送水タンク21aと、体腔内の吸引物(供給された洗浄水なども含む)を吸引する吸引ポンプ21bとを備えている。なお、超音波検査システム10は、図示しないが、更に、送水タンク21a内の洗浄水、又は外部の空気などの気体を超音波内視鏡12内の管路(図示せず)に供給する供給ポンプなどを備えていても良い。
超音波内視鏡12は、先端に超音波観察部36と内視鏡観察部38とを備え、被検体の体腔内に挿入される挿入部22と、挿入部22の基端部に連設され、医師や技師などの術者が操作を行うための操作部24と、操作部24に一端が接続されたユニバーサルコード26とから構成されている。
ここで、送水タンク21aは、超音波内視鏡12の内視鏡観察部38などの洗浄などのために超音波内視鏡12内の送気送水管路に供給する洗浄水などを貯留するためのものである。なお、送気送水ボタン28aは、送水タンク21aから送気送水管路を経て供給された空気などの気体、及び洗浄水などの水を挿入部22の先端側の内視鏡観察部38から噴出させるために用いられる。
また、処置具挿入口30は、鉗子や穿刺針、高周波メスなどの処置具を挿通するためのものである。
湾曲部42は、操作部24に設けられた一対のアングルノブ29、29を回動されて、遠隔的に湾曲操作される。そのため、先端部40を所望の方向に向けることができる。
なお、これらのプロセッサ装置14、及び16は、PC(パーソナルコンピュータ)などのプロセッサから構成されるものであっても良い。
図2は、図1に示す超音波内視鏡の挿入部の先端部及びその近傍を示す部分拡大平面図である。図3は、図2に示すIII−III線矢視図であり、図2に示す超音波内視鏡の挿入部の先端部をその長手方向に沿った中心線で切断した縦断面図である。図4は、図1〜3の超音波内視鏡の挿入部の先端部が有する放熱構造を模式に示す部分縦断面図である。
図2に示す例では、処置具導出口44は、超音波観察部36と内視鏡観察部38との間に設けられているが、本発明は特に図示例に限定されず、内視鏡観察部38内に設けられていても良いし、内視鏡観察部38よりも基端側(湾曲部42側)に設けられていても良い。
超音波振動子ユニット46は、複数の超音波振動子(トランスデューサ)48からなる超音波振動子アレイ50と、超音波振動子アレイ50の各超音波振動子48を下面側から支持するバッキング材層52と、バッキング材層52に埋め込まれて配設され、複数の超音波振動子48と電気的に接続される配線基板54と、バッキング材層52の幅方向の側面及び複数の超音波振動子48の長手方向の端面に沿って配設された銅箔(第1の熱伝導部材)62と、外装部材41とバッキング材層52との間を埋める充填剤層68と、を有する。
音響整合層64は、人体などの被検体と超音波振動子48との間の音響インピーダンス整合をとるためのものである。
音響整合層64上に取り付けられている音響レンズ66は、超音波振動子アレイ50から発せられる超音波を観察対象部位に向けて収束させるためのものである。音響レンズ66は、例えば、シリコン系樹脂(ミラブル型シリコンゴム(HTVゴム)、液状シリコンゴム(RTVゴム)など)、ブタジエン系樹脂、ポリウレタン系樹脂などからなる。音響整合層64において被検体と超音波振動子48との間の音響インピーダンス整合をとり、超音波の透過率を高めるため、音響レンズ66には、必要に応じて酸化チタンやアルミナ、シリカなどの粉末が混合される。
ここで、本発明における接地とは、導電性の部材の電位をゼロにすることに限らず、例えば、電気容量の大きい部材に電気的に接続するなどして、導電性の部材を一定の低い電位に維持する場合も含む。
即ち、超音波振動子アレイ50は、複数の超音波振動子48が、一例として、図示例のように一次元アレイ状に所定のピッチで配列されてなるものである。このように、超音波振動子アレイ50を構成する各超音波振動子48は、先端部40の軸線方向(挿入部22の長手軸方向)に沿って凸湾曲状に等間隔で配列されており、超音波用プロセッサ装置14から入力される駆動信号に基づいて順次駆動されるようになっている。そのため、図2に示す超音波振動子48が配列された範囲を走査範囲としてコンベックス電子走査が行われる。
なお、隣接する2つの超音波振動子48同士の隙間には、エポキシ樹脂などの充填剤が充填されている。
また、観察対象部位から反射されたエコー信号(超音波エコー)を受信すると、圧電体が振動して電圧を発生し、この電圧を受信した超音波エコーに応じた電気信号(超音波検出信号)として超音波用プロセッサ装置14に出力する。そして、超音波用プロセッサ装置14において各種の信号処理が施されてから、超音波画像としてモニタ20に表示される。
以上のように、複数の超音波振動子48へ駆動電圧が印加されて、複数の超音波振動子48をそれぞれ構成する圧電体が振動して、対象物に向けて送信する超音波を発生する際、及び複数の超音波振動子48から送信された超音波が対象物において反射された超音波エコーを複数の超音波振動子48が受信して圧電体が振動し、超音波エコー信号(電圧信号)を発生する際に、複数の超音波振動子48を構成するそれぞれの圧電体において熱が発生する。超音波画像を高精細化する、すなわち超音波診断の精度を向上させるための手段の1つとして、複数の超音波振動子48の駆動信号(電圧信号)を増加させる手段があるが、駆動電圧が増加するほど、圧電体において発生する熱が増大する。そのため、超音波内視鏡12の先端部40に本発明の特徴である放熱構造を設けることで、圧電体において発生する熱を効率的に放熱することができ、超音波診断の精度を向上させることができる。
したがって、超音波振動子アレイ50は、バッキング材層52の断面凸円弧状に形成された上面となる円弧状の上表面上に、図示例では、複数の直方体形状の超音波振動子48をその長手方向が平行となるように、好ましくは等間隔に配列したもの、即ち、複数の超音波振動子48が円弧状かつ外側に向けて配列されたものであることが好ましい。
なお、バッキング材層52の形状は、上記の役割を損なわないものであれば良く、図3に示すような略半円筒形状を有していても良く、凹部が設けられていても良い。
なお、銅箔62の電位を接地電位にするために、銅箔62を、配線基板54のグランド部60と接続しても良い。また、本実施形態で用いる銅箔62は、上記した理由から、導電性の部材であることが好ましいが、放熱という点では熱伝導率の高い部材であればよい。そのため、銅箔62の代わりにアルミニウム箔及び導電性のシリコンシートなどを用いても良い。
なお、第2の絶縁チューブ78は、第1の絶縁チューブ74と同様に、一定の可撓性及び絶縁性を有するものであれば特に制限されるものではなく、熱収縮チューブなどの周知の絶縁チューブを用いることができる。
なお、図6は、図4と同様に、説明のために簡略化した図であり、超音波振動子アレイ50、バッキング材層52、銅箔62、配線基板54及びケーブル部79のみを記載し、その他の部材は省略している。
図7に示す本実施形態の一例において、ケーブル部82の外側の外皮72bは、接続パイプ76の先端側において一部が除去されてシールド部材73が露出しており、シールド部材73が露出している部分において、第1の絶縁チューブ74の一部が除去されて、シールド部材73が外部に露出している。更に、円筒形状の第2の熱伝導部材83は、72のシールド部材73が外部に露出している部分に当接して、第1の絶縁チューブ74が除去された部分を覆い、接続パイプ76の先端側に当接するように配設される。この場合には、特に、複数の同軸ケーブル71のシールド層71cとケーブル部70のシールド部材73とが、ケーブル部70の基端側などにおいて電気的に接続されている場合には、超音波振動子ユニット46の接地電極である電極部(図示せず)の振動子グランド(図示せず)と導通するシールド部材73が外部に露出することになる。したがって、図示例において、シールド部材73と超音波内視鏡12内の構造との絶縁性を確保するために、接続パイプ76の外側に、露出したシールド部材73、第2の熱伝導部材83、接続パイプ76及び第2の絶縁チューブ78を覆う絶縁層84が備えられる。
なお、図7は、図4及び図6と同様に、説明のために簡略化した図であり、超音波振動子アレイ50、バッキング材層52、銅箔62、配線基板54及びケーブル部82のみを記載し、その他の部材は省略している。
なお、図8は、図4、図6及び図7と同様に、説明のために簡略化した図であり、超音波振動子アレイ50、バッキング材層52、配線基板54、銅箔62及びケーブル部85のみを記載し、その他の構成要素は省略している。
なお、本実施形態では、コンベックス型の超音波内視鏡12の放熱構造について説明したが、以上の放熱構造は、超音波内視鏡の形状に依るものではなく、ラジアル型などの他の形状を有する超音波内視鏡にも適用できることはもちろんである。
観察窓88は、先端部40の斜め上方に向けて取り付けられている。観察窓88から入射した観察対象部位の反射光は、対物レンズ90で固体撮像素子92の撮像面に結像される。固体撮像素子92は、観察窓88、及び対物レンズ90を透過して撮像面に結像された観察対象部位の反射光を光電変換して、撮像信号を出力する。固体撮像素子92としては、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)、及びCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体)などを挙げることができる。固体撮像素子92で出力された撮像画像信号は、挿入部22から操作部24まで延設された配線ケーブル98を経由して、ユニバーサルコード26により内視鏡用プロセッサ装置16に伝送される。内視鏡用プロセッサ装置16は、伝送された撮像信号に対して、各種信号処理、及び画像処理を施し、内視鏡光学画像としてモニタ20に表示する。
また、洗浄ノズル96は、観察窓88、及び照明窓94の表面を洗浄するために、送水タンク21aから超音波内視鏡12内の送気送水管路を経て空気、又は洗浄水を観察窓88、及び照明窓94に向けて噴出する。
処置具導出口44の内部には、図示しないが、処置具導出口44から体腔内に導入される処置具の導出方向を可変する起立台が設けられていても良い。起立台にはワイヤ(図示せず)が取り付けられており、操作部24の起立レバー(図示せず)の操作による押し引き操作を手段として用いることにより起立台の起立角度が変化し、処置具が所望の方向に導出されるようになる。
次いで、観察対象部位に先端部40が到達し、超音波断層画像を取得する指示がなされると、超音波用プロセッサ装置14から超音波内視鏡12内に備えられたケーブル部70、79、82又は85(図3〜7参照)の複数の同軸ケーブル71、配線基板54、及び超音波振動子アレイ50を構成する複数の超音波振動子48と導通する複数の電極(図示せず)を介して駆動制御信号が超音波振動子48に入力される。駆動制御信号が入力されると、超音波振動子48の両電極に規定の電圧が印加される。そして、超音波振動子48の圧電体が励振され、音響レンズ66を介して、観察対象部位に超音波が発せられる。
超音波の照射後、観察対象部位からのエコー信号が超音波振動子48で受信される。この超音波の照射、及びエコー信号の受信は、駆動する超音波振動子48をマルチプレクサなどの電子スイッチによりずらしながら繰り返し行われる。これにより、観察対象部位に超音波が走査される。超音波用プロセッサ装置14では、エコー信号を受信して超音波振動子48から出力された検出信号を元に、超音波断層画像が生成される。生成された超音波断層画像は、モニタ20に表示される。
以上においては、本発明の放熱構造が主にコンベックス型の超音波内視鏡に適用される場合について説明したが、ラジアル型などのコンベックス型以外の超音波観察部を有する超音波内視鏡にも、本発明の放熱構造を適用することができる。本実施形態においては、ラジアル型の超音波観察部の有する放熱構造について説明する。なお、図9及び図10に示す本実施形態の超音波内視鏡212は、図1〜図3に示す第1の実施形態の超音波内視鏡12と、コンベックス型の超音波観察部36及び内視鏡観察部38を備える先端部40を備える代わりに、ラジアル型の超音波観察部236及び内視鏡観察部238を備える先端部240を有している点において異なる以外は、同様の構成を有する。ラジアル型の超音波観察部236においては、特に、図3及び図4に示す第1の実施形態のケーブル部70と同一の部材を用いており、図9及び図10において、ケーブル部70については、図3及び図4と同一の参照部号を付し、詳細な説明は省略する。
図9は、本実施形態の超音波内視鏡の挿入部の先端部を示す部分拡大平面図である。また、図10は、図9に示すX−X線矢視図であり、図9に示す超音波内視鏡の挿入部の先端部の部分縦断面図である。また、図11は、図9及び図10に示す超音波内視鏡の挿入部の先端部の模式な部分縦断面図である。
なお、本発明の超音波内視鏡212は、図1〜図3に示す第1の実施形態の超音波内視鏡12と同様、鉗子、穿刺針及び高周波メスなどの処置具を導出する機構を備えていて良い。また、それらの処置具が導出する処置具導出口(図示せず)は、複数の超音波振動子248よりも超音波内視鏡212の先端側にあっても良いし、基端側にあっても良い。
また、本実施形態の超音波内視鏡212の内視鏡観察部238は、図2及び図3に示す第1の実施形態の超音波内視鏡12の内視鏡観察部38と同様の構成を有するものであり、観察窓(88)、対物レンズ(90)、固体撮像素子(92)、照明窓(94)、洗浄ノズル(96)及び配線ケーブル(98)などを有していることはもちろんである。
図10に示す一例において、超音波振動子ユニット246は、複数の超音波振動子248が円筒状に配列された超音波振動子アレイ250と、超音波振動子アレイ250と導通する電極部200と、超音波振動子アレイ250の各超音波振動子248を超音波振動子ユニット246の中心側の面(超音波振動子248の内側の面)側から支持するバッキング材層252と、超音波振動子アレイ250に対してバッキング材層252の逆側(超音波振動子アレイ250の外側)に積層された音響整合層264と、音響整合層264に対して超音波振動子アレイ250の逆側(音響整合層264の外側)に積層された音響レンズ266と、を有する。以上のように、超音波振動子ユニット246は、音響レンズ266、音響整合層264、超音波振動子アレイ250及びバッキング材層252からなる積層体247を有する。
なお、本実施形態の超音波振動子248、超音波振動子アレイ250、バッキング材層252、音響整合層264、音響レンズ266、及び積層体247は、図2及び図3に示す第1の実施形態の超音波振動子48、超音波振動子アレイ50、バッキング材層52、音響整合層64、音響レンズ66、及び積層体47と、形状は異なるが、その構成及び機能は同様であるので、その説明を省略する。
なお、配線基板254は、電極部200の複数の個別電極200aと複数の同軸ケーブル71の信号線71aとを電気的に接続するものであれば良く、FPCを用いても良く、円筒部材204を囲うような円筒形状に形成されたものであっても良い。また、複数の超音波振動子248の数(超音波振動子アレイ250のチャンネル数)が多い場合などには、複数の配線基板254を配設して良く、円筒部材204を囲うように配線基板254を並列させても良い。
なお、図11に示す一例においては、図4に示す第1の実施形態の一例と同様に、ケーブル部70の第1の絶縁チューブ74と接続パイプ76との間に第2の熱伝導部材80が配設されるため、銅箔262からケーブル部70のシールド部材73に伝導した熱を、接続パイプ76に伝導して放熱することができる。なお、図11は、図4と同様に、説明のために簡略化しており、超音波振動子ユニット246とケーブル部70のみを記載し、その他の構成要素については省略している。
12、212 超音波内視鏡
14 超音波用プロセッサ装置
16 内視鏡用プロセッサ装置
18 光源装置
20 モニタ
21a 送水タンク
21b 吸引ポンプ
22 挿入部
24 操作部
26 ユニバーサルコード
28a 送気送水ボタン
28b 吸引ボタン
29 アングルノブ
30 処置具挿入口(鉗子口)
32a 超音波用コネクタ
32b 内視鏡用コネクタ
32c 光源用コネクタ
34a 送気送水用チューブ
34b 吸引用チューブ
36、236 超音波観察部
38、238 内視鏡観察部
40、240 先端部
41、241 外装部材
42 湾曲部
43 軟性部
44 処置具導出口
45 処置具チャンネル
46、246 超音波振動子ユニット
47、247 積層体
48、248 超音波振動子
50、250 超音波振動子アレイ
52、252 バッキング材層
54、254 配線基板
56、256 配線部
58、258 接続部
60、260 グランド部
62、262 銅箔(第1の熱伝導部材)
64、264 音響整合層
66、266 音響レンズ
68 充填剤層
70、79、82、85 ケーブル部
71 同軸ケーブル
71a 信号線
71b、71d、72a、72b 外皮
71c シールド層
73 シールド部材
74 第1の絶縁チューブ
76 接続パイプ
78 第2の絶縁チューブ
80、81、83 第2の熱伝導部材
81a 外向きフランジ
84 絶縁層
86 第3の熱伝導部材
88 観察窓
90 対物レンズ
92 固体撮像素子
94 照明窓
96 洗浄ノズル
98、208 配線ケーブル
200 電極部
200a 個別電極
200b 振動子グランド
202 環状板
203 支持板
204 円筒部材
205 電極パッド
206 スリット
EL 長手方向(エレベーション方向)
AZ 平行な方向(アジマス方向)
Claims (10)
- 複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アレイ、及び
前記複数の超音波振動子を支持するバッキング材層と、を備える積層体と、
前記複数の超音波振動子にそれぞれ電気的に接続される複数のケーブルを備え、前記複数のケーブルを外側から覆う金属製のシールド部材を備えるケーブル部と、
前記積層体の側面に配設される第1の熱伝導部材と、を有し、
該第1の熱伝導部材は、筐体に接地された前記シールド部材まで延長されて、前記シールド部材と熱的に接続されることを特徴とする超音波内視鏡。 - 更に、前記ケーブル部を覆う第1の絶縁チューブと、
前記超音波内視鏡の基端側において、前記第1の絶縁チューブの一部を覆う導電性の接続パイプと、
前記接続パイプの前記基端側の一端と接続され、前記超音波内視鏡の基端側において、前記接続パイプの一部及び前記第1の絶縁チューブの一部を覆う第2の絶縁チューブと、
前記第1の絶縁チューブ及び前記接続パイプの両方に当接して配設される第2の熱伝導部材と、を有する請求項1に記載の超音波内視鏡。 - 前記第2の熱伝導部材は、前記第1の絶縁チューブと前記接続パイプとの間の少なくとも一部を埋める請求項2に記載の超音波内視鏡。
- 前記第2の熱伝導部材は、前記第1の絶縁チューブと前記接続パイプとの間に配設される円筒形状の部材である請求項3に記載の超音波内視鏡。
- 前記第2の熱伝導部材は、前記超音波内視鏡の先端側の端部において、前記第1の絶縁チューブと前記接続パイプとの間に配設される部分よりも厚い厚肉部を有し、該厚肉部が前記接続パイプの前記第1の熱伝導部材側の端面と当接する請求項2〜4のいずれか一項に記載の超音波内視鏡。
- 前記第2の熱伝導部材は、前記第1の絶縁チューブと前記接続パイプとの間に配設される円筒形状の部分と、前記厚肉部とを備え、
前記厚肉部は、前記接続パイプの内径以上の外径を持つ円筒形状の外向きフランジである請求項5に記載の超音波内視鏡。 - 前記ケーブル部は、前記シールド部材の外側に1層の外皮を有し、
前記ケーブル部の前記外皮は、少なくとも前記第1の絶縁チューブと共に前記第2の熱伝導部材に覆われる部分において除去されている請求項2〜6のいずれか一項に記載の超音波内視鏡。 - 前記ケーブル部の前記外皮は、前記接続パイプの前記先端側において除去されて前記シールド部材が露出しており、
前記外皮が除去されて前記シールド部材が前記第1の絶縁チューブに露出している部分において、前記第1の絶縁チューブは、その一部が除去されて、前記シールド部材が外部に露出しており、
前記第2の熱伝導部材は、前記シールド部材が外部に露出している部分に当接し、前記第1の絶縁チューブの除去された部分を覆い、前記接続パイプの前記先端側に当接する請求項7に記載の超音波内視鏡。 - 更に、前記接続パイプの外側に設けられる絶縁層を備える請求項8に記載の超音波内視鏡。
- 更に、前記第1の絶縁チューブと、前記接続パイプの前記基端側の部分及び前記第2の絶縁チューブとの間を埋める第3の熱伝導部材を有する請求項2〜9のいずれか一項に記載の超音波内視鏡。
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