JP6952533B2 - 超音波内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、超音波内視鏡に関する。

観測対象である生体組織又は材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、超音波観測装置が、超音波を送受信する超音波振動子から受信した超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得することができる。

超音波振動子は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して観測対象へ照射するとともに、観測対象で反射された超音波エコーを電気的なエコー信号に変換して出力する複数の圧電素子を備える。例えば、複数の圧電素子を所定の方向に沿って並べて、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えることで、観測対象から超音波エコーを取得する。

超音波振動子の種別として、複数の圧電素子が曲面をなすように配列され、各々が超音波ビームを曲面の外周方向に向けて出射するコンベックス型の超音波振動子が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開第２０１４／０３４１９１号

従来のコンベックス型の超音波振動子では、複数の圧電素子の配列方向に直交するように、圧電素子とフレキシブル基板とを電気的に接続する基板が設けられていた。この基板は、硬性であるため、この基板によって超音波内視鏡の先端部の小型化が妨げられているという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、先端部が小型な超音波内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、長手方向を揃えて曲面をなすように配列されてなる複数の圧電素子と、前記圧電素子の１つに一端がそれぞれ電気的に接続されている複数の導線と、前記導線の他端がそれぞれ電気的に接続されている複数の第１の配線パッド、及び前記第１の配線パッドとそれぞれ電気的に接続されている複数の第２の配線パッドを有するボードと、前記複数の第２の配線パッドにそれぞれ電気的に接続されている複数の配線を有するフレキシブル基板と、前記複数の配線にそれぞれ電気的に接続されている複数の同軸ケーブルと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記ボードは、一方の面に前記複数の第１の配線パッドが配置されており、他方の面に前記複数の第２の配線パッドが配置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記複数の圧電素子は、対向するように配置された２枚の前記ボードの間に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記フレキシブル基板は、１枚に繋がっている形状をなし、２枚の前記ボードの外側にそれぞれ位置する前記複数の第２の配線パッドに電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記複数の圧電素子、前記複数の導線、及び前記ボードは、内部に空間が形成されている筐体に収容されており、前記複数の同軸ケーブルは、前記筐体の外部で前記フレキシブル基板に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記複数の圧電素子、前記複数の導線、及び前記ボードは、内部に空間が形成されている筐体に収容されており、前記複数の同軸ケーブルは、前記筐体の内部で前記フレキシブル基板に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記筐体と前記ボードとの間には、樹脂が充填されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波内視鏡は、前記複数の圧電素子の前記導線が接続されている面の反対側には、音響レンズが形成されており、前記音響レンズは、前記樹脂と同じ材料からなることを特徴とする。

本発明によれば、先端部が小型な超音波内視鏡を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波内視鏡を備える内視鏡システムを模式的に示す図である。 図２は、図１に示す超音波内視鏡の先端部の部分的な断面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線に対応する断面図である。 図４は、図３に示すボードの拡大図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る超音波内視鏡の先端部の部分的な断面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る超音波内視鏡の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、コンベックス型の超音波振動子を備える超音波内視鏡一般に適用することができる。

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波内視鏡を備える内視鏡システムを模式的に示す図である。この内視鏡システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６と、を備える。

超音波内視鏡２は、その先端部に設けられた後述する超音波振動子によって、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。

超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系及び撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、又は呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器の撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。

超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、コネクタ２４と、を備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、先端側に設けられ、超音波振動子７を保持する硬性の先端部２１１と、先端部２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３と、を有する。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路などが形成されている。

超音波振動子７は、コンベックス型の超音波振動子である。具体的には、超音波内視鏡２が、超音波振動子７として複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるコンベックス型の超音波振動子である。超音波振動子７の構成については、後述する。

操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２と、を有する。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。

ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、及び光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。

コネクタ２４は、ユニバーサルコード２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３１、ビデオケーブル４１、及び光ファイバケーブル６１がそれぞれ接続される第１〜第３コネクタ部２４１〜２４３を有する。

超音波観測装置３は、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３１を介して超音波内視鏡２にパルス信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。

内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４１を介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。

表示装置５は、液晶又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、プロジェクタ、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。

光源装置６は、光ファイバケーブル６１を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６１を介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。

続いて、挿入部２１の先端に設けられた超音波振動子７の構成を図２〜図４を参照して説明する。図２は、図１に示す超音波内視鏡の先端部の部分的な断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に対応する断面図である。超音波振動子７は、図２に示すように、長手方向（図２の紙面に垂直な方向）を揃えて曲面をなすように配列されてなる複数の圧電素子７１を有するコンベックス型の超音波振動子である。

超音波振動子７は、角柱状をなし、長手方向が挿入部２１の延在している方向に直交するように配置されている圧電素子７１と、圧電素子７１の１つに一端がそれぞれ電気的に接続されている複数の導線７２（図３参照）と、導線７２の他端がそれぞれ電気的に接続されているボード７３（図３参照）と、ボード７３に電気的に接続されているフレキシブル基板７４と、フレキシブル基板７４に電気的に接続されている複数の同軸ケーブル７５（図２参照）と、を備える。超音波振動子７の先端部（複数の圧電素子７１、複数の導線７２、及びボード７３）は、内部に空間が形成されている筐体２１１１に収容されている。また、複数の圧電素子７１の導線７２が接続されている面の反対側には、音響レンズ７６が形成されている。また、筐体２１１１とボード７３との間には、樹脂７７が充填されている。同様に、ボード７３の内側には、樹脂７８が充填されている。

筐体２１１１は、樹脂等の硬質な材料からなり、内部に超音波振動子７の先端部を収容する空間が形成されている。

圧電素子７１は、対向するように配置された２枚のボード７３の間に配置されている。圧電素子７１は、電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する。圧電素子７１の外表面側には、圧電素子７１と観測対象との間で音（超音波）を効率よく透過させるために、圧電素子７１と観測対象との音響インピーダンスをマッチングさせる音響整合層が設けられていてもよい。

導線７２は、金属又は合金等からなる導体であり、一端が圧電素子７１に半田付け等により電気的に接続されているとともに、他端がボード７３の後述する第１の配線パッドに半田付け等により電気的に接続されている。

図４は、図３に示すボードの拡大図である。図４の（ａ）に示すように、圧電素子７１の両側に配置された２枚のボード７３は、複数の圧電素子７１が配列されてなる曲面と同様の曲率を有する辺（図４の上側の辺）を有する板状の部材である。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）を側面（図４の（ａ）の左側）から見た図である。図４の（ｂ）に示すように、ボード７３は、硬質な板状の基板７３１と、基板７３１の一方の面に形成されている複数の第１の配線パッド７３２と、基板７３１の他方の面に形成されている複数の第２の配線パッド７３３と、を有する。

基板７３１は、硬質な樹脂等からなり、圧電素子７１の両側に配置されている。さらに、圧電素子７１の先端側と後端側との端部（図２の右側及び左側の端部）には、２枚のボードが配置されており、この４枚のボードにより箱状の空間が形成されている。この空間には、樹脂７８が充填されている。

２枚のボード７３は、第１の配線パッド７３２が向かい合うように配置されている。第１の配線パッド７３２には、導線７２の一端（圧電素子７１に電気的に接続されている端部の反対側の端部）が電気的に接続されている。第１の配線パッド７３２と第２の配線パッド７３３とは、基板７３１を貫通するように配置されている導電体でそれぞれ電気的に接続されている。

フレキシブル基板７４は、複数の第２の配線パッド７３３にそれぞれ電気的に接続されている複数の配線を有する。フレキシブル基板７４は、１枚に繋がっている形状をなし、対向するように配置された２枚のボード７３の外側にそれぞれ位置する複数の第２の配線パッド７３３にそれぞれ電気的に接続されている。フレキシブル基板７４は、可撓性を有する材料からなり、筐体２１１１の内部に湾曲した状態、又は折り曲げられた状態で収容されている。図３には、フレキシブル基板７４が円弧状に湾曲した状態で配置されている構成を示した。また、フレキシブル基板７４は、蛇腹状に折り曲げられて配置されていてもよく、ボード７３に沿うようにコの字状に配置されていてもよい。また、図２には、フレキシブル基板７４が１枚に繋がっている構成を示したがこれに限られない。フレキシブル基板７４は、例えば２枚のボード７３に１枚ずつ接続されていてもよい。また、フレキシブル基板７４は、圧電素子７１の配列方向に向かって複数に分割されていてもよい。

同軸ケーブル７５は、筐体２１１１の外部でフレキシブル基板７４に電気的に接続されている。

音響レンズ７６は、シリコーン、ポリメチルペンテンや、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミドなどを用いて形成され、一方の面が凸状又は凹状をなして超音波を絞る機能を有する。音響レンズ７６は、圧電素子７１から出射された超音波を外部に出射する、又は外部からの超音波エコーを取り込む。音響レンズ７６については、任意に設けることができ、当該音響レンズ７６を有しない構成であってもよい。

樹脂７７は、例えば音響レンズ７６と同じ材料からなるが、音響レンズ７６とは異なる材料からなる構成であってもよい。

樹脂７８は、圧電素子７１の動作によって生じる不要な超音波振動を減衰させるバッキング材として機能する。樹脂７８は、減衰率の大きい材料、例えば、アルミナやジルコニア等のフィラーを分散させたエポキシ樹脂や、上述したフィラーを分散したゴムを用いて形成される。

以上の構成を有する超音波振動子７は、パルス信号の入力によって圧電素子７１が振動することで、音響レンズ７６を介して観測対象に超音波を照射する。この際、圧電素子７１の音響レンズ７６が配置されている側と反対側は、樹脂７８により、圧電素子７１からの不要振動を減衰させている。また、観測対象から反射された超音波は、音響レンズ７６を介して圧電素子７１に伝えられる。伝達された超音波により圧電素子７１が振動し、圧電素子７１が該振動を電気的なエコー信号に変換して、エコー信号として導線７２、第１の配線パッド７３２、第２の配線パッド７３３、フレキシブル基板７４、及び同軸ケーブル７５を介して超音波観測装置３に出力する。

以上説明したように、実施の形態１によれば、樹脂７８を収容するボード７３の外側に可撓性を有するフレキシブル基板７４を接続している。その結果、複数の圧電素子７１の配列方向に直交するように基板を設ける必要がなく、先端部が小型な超音波内視鏡を実現することができる。

さらに、実施の形態１によれば、筐体２１１１の外部で、フレキシブル基板７４と同軸ケーブル７５とを接続しているため、筐体の内部でフレキシブル基板と同軸ケーブルとを接続している従来の構成よりも、先端部が小型な超音波内視鏡を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る超音波内視鏡の先端部の部分的な断面図である。図５に示すように、実施の形態２に係る超音波内視鏡の先端部２１１Ａにおいて、超音波振動子７Ａのフレキシブル基板７４Ａと同軸ケーブル７５Ａとは、筐体２１１１の内部で電気的に接続されている。このように、フレキシブル基板７４Ａと同軸ケーブル７５Ａとが筐体２１１１の内部で接続されている構成であってもよい。この場合にも実施の形態１と同様に、樹脂７８を収容するボード７３の外側に可撓性を有するフレキシブル基板７４Ａを接続している。その結果、複数の圧電素子７１の配列方向に直交するように基板を設ける必要がなく、先端部が小型な超音波内視鏡を実現することができる。

なお、上述した実施の形態では、ボードの一方の面に第１の配線パッドが配置されており、ボードの他方の面に第２の配線パッドが配置されている構成を説明したがこれに限られない。例えば、ボードの一方の面に第１の配線パッドが配置されており、ボードの側面（例えば図３の下側の面）に第２の配線パッドが配置されている構成であってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 内視鏡システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 内視鏡観察装置
５ 表示装置
６ 光源装置
７、７Ａ 超音波振動子
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ コネクタ
３１ 超音波ケーブル
４１ ビデオケーブル
６１ 光ファイバケーブル
７１ 圧電素子
７２ 導線
７３ ボード
７４、７４Ａ フレキシブル基板
７５、７５Ａ 同軸ケーブル
７６ 音響レンズ
７７、７８ 樹脂
２１１、２１１Ａ 先端部
２１２ 湾曲部
２１３ 可撓管部
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 操作部材
２２３ 処置具挿入口
２４１〜２４３ 第１〜第３コネクタ部
７３１ 基板
７３２ 第１の配線パッド
７３３ 第２の配線パッド
２１１１ 筐体

Claims (6)

1. 長手方向を揃えて曲面をなして配列されてなる複数の圧電素子と、
   前記圧電素子の１つに一端がそれぞれ電気的に接続されている複数の導線と、
   前記導線の他端がそれぞれ電気的に接続されている複数の第１の配線パッド、及び前記第１の配線パッドとそれぞれ電気的に接続されている複数の第２の配線パッドを有するボードと、
   前記複数の第２の配線パッドにそれぞれ電気的に接続されている複数の配線を有するフレキシブル基板と、
   前記複数の配線にそれぞれ電気的に接続されている複数の同軸ケーブルと、
   を備え、
   前記複数の圧電素子は、対向して配置された２枚の前記ボードの間に配置されている超音波内視鏡。
2. 前記ボードは、
   一方の面に前記複数の第１の配線パッドが配置されており、
   他方の面に前記複数の第２の配線パッドが配置されている請求項１に記載の超音波内視鏡。
3. 前記フレキシブル基板は、１枚に繋がっている形状をなし、２枚の前記ボードの外側にそれぞれ位置する前記複数の第２の配線パッドに電気的に接続されている請求項１に記載の超音波内視鏡。
4. 前記複数の圧電素子、前記複数の導線、及び前記ボードは、内部に空間が形成されている筐体に収容されており、
   前記複数の同軸ケーブルは、前記筐体の外部又は内部において前記フレキシブル基板に電気的に接続されている請求項１に記載の超音波内視鏡。
5. 前記筐体と前記ボードとの間には、樹脂が充填されている請求項４に記載の超音波内視鏡。
6. 前記複数の圧電素子の前記導線が接続されている面の反対側には、音響レンズが形成されており、前記音響レンズは、前記樹脂と同じ材料からなる請求項５に記載の超音波内視鏡。

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