JPWO2017187756A1 - 超音波振動子ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献3は、超音波内視鏡のコンベックス型の超音波探触子において、バッキング材の凸曲面上に多列アレイとして配列された複数個の超音波トランスデューサ(超音波振動子)と複数のシールド線(ケーブル)とを、バッキング材の側面に配置されたFPCで接続し、ゴム等のエラストマーから構成されるバッキング材の裏面と、例えばステンレス(SUS304)等から構成される、超音波内視鏡の挿入部の先端の外装部材(ケース)との間を、例えば窒化アルミニウム(AlN)等から構成される熱伝導部材によって接続することを開示している。
操作性の向上、及び患者負担の改善のために、超音波観察部の小型化が求められているにもかかわらず、上述のように、超音波観察部の製造安定性及びその製造コストの観点から、超音波観察部の小型化は、非常に難しいという問題があった。
また、特許文献1〜3に開示の従来構造では、配線基板は、バッキング材の側面の一方、又は両方に配置されるため、上述のようにチャンネル数が多くなると、配線基板1枚当たりのケーブル配線数が増え、ケーブルを接続するケーブル半田部周辺の配線構造が複雑となってしまうという問題があった。
また、特許文献1及び2に開示の技術のように、2つの配線基板をバッキング材の両側面にそれぞれ1枚ずつ配置し、バッキング材とケーとの間に充填剤を充填する従来構造においては、超音波振動子の発熱をバッキング材、及び充填剤を介してケースに放熱する放熱パスしかないため、さらなる放熱効果の向上が望めないという問題があった。
また、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、上記目的に加え、ケーブル配線前に超音波振動子アレイの検査が可能であり、製造安定性が高く、コストアップを招くことがなく、超音波内視鏡に用いるのに適した超音波振動子ユニットを提供することを他の目的とする。
また、バッキング材層は、超音波振動子アレイの背面に断面円弧状の外表面を持ち、外表面と逆側に凹部を有し、3つ以上のコネクタの少なくとも一部をバッキング層の凹部内に配置することが好ましい。
また、バッキング材層は、半円柱状、円柱を円柱の中心線に平行な平面で切断した形状、半円筒状、又は弓形状であり、バッキング材層の底面は、同一平面上に位置する連続する1つの平面、又は同一平面上に位置する分離された2つの平面であることが好ましい。
また、バッキング材層の凹部は、バッキング材層の幅方向の外側面より幅方向の中心側に向って設けられていることが好ましい。
また、貫通穴は、その断面が矩形、多角形、又は円形に刳り貫かれた形状であり、座グリは、バッキング材層の幅方向の少なくとも一方の外側面から幅方向の中心側に向って形成されており、座グリは、矩形状のザグリ、多角形状のザグリ、弓形状の座グリ、半円状のザグリ、角錐状の座グリ、又は円錐状のザグリであることが好ましい。
また、バッキング材層の凹部は、矩形に刳り貫かれた形状の貫通穴であることが好ましい。
また、更に、バッキング材層の凹部に収納された3つ以上のコネクタの少なくとも1つのコネクタ、3枚以上の電極用配線基板、及び複数のケーブルとバッキング材層との間の凹部の隙間を埋める、熱伝導部材からなる充填剤の層を有することが好ましい。
また、3枚以上の電極用配線基板のすくなくとも一部、3枚以上のコネクタ、及び複数のケーブルのそれぞれの少なくとも一部を覆う、熱伝導部材からなる充填剤の層を有することが好ましい。
Q=100×|Zp−Zb|/(Zp+Zb) …(1)
ただし、音響インピーダンスZp及びZbの単位は、kg/(m2・s)である。
また、充填剤の層は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上であることが好ましい。
また、電極用配線基板は、フレキシブルプリント配線基板、又はリジットなプリント配線回路基板であることが好ましい。
また、電極用配線基板は、熱融着接続を介して電極部と電気的に接続され、長手方向に沿った超音波振動子アレイの幅方向の外側面に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、上記効果に加え、更に、ケーブル配線前に超音波振動子アレイの検査が可能であり、製造安定性が高く、コストアップを招くことがなく、超音波内視鏡に用いるのに適した超音波振動子ユニットを提供することができる。
図1は、本発明の超音波振動子ユニットを用いる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、患者等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、及び大腸等の消化管を経由して可能にし、本発明の超音波振動子ユニットを備え、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、洗浄水等を貯留する送水タンク21aと、体腔内の吸引物(供給された洗浄水等も含む)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、又は外部の空気等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等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するための挿入部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等の洗浄等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等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等の気体、及び洗浄水等の水を挿入部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、鉗子口30は、鉗子や穿刺針、高周波メス等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を回動することによって遠隔的に湾曲操作される。これにより、先端部40を所望の方向に向けることができる。
なお、これらの超音波用プロセッサ装置14、及び内視鏡用プロセッサ装置16は、PC(パーソナルコンピュータ)等のプロセッサによって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3に示す超音波内視鏡の先端部の超音波観察部の部分拡大縦断面図であり、超音波観察部の超音波振動子ユニットの構成を示す図である。図5は、図3に示すV−V線矢視図であり、図3に示す超音波内視鏡の先端部の超音波観察部の超音波振動子アレイの円弧構造の中心線で切断した横断面図である。
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の端面に設けられる電極部52と、超音波振動子アレイ50の各超音波振動子48を図中下面側から支持するバッキング材層54と、電極部52と一端側で電気的に接続される3枚以上の複数枚、図示例では、3枚のフレキシブルプリント配線基板(以下、単にFPC(Flexible Printed Circuit)という)56と、FPC56の他端が装着される装着部60aを有する3つ以上の複数、図示例では3つのコネクタ60と、複数本のケーブル58が配線接続されたケーブル配線部62aをそれぞれ備え、それぞれコネクタ60に取り付けられる3枚以上の複数、図示例では3枚のケーブル配線基板62と、を有する。
なお、本明細書においては、外、又は外側とは、超音波内視鏡12の先端部40の外部、又は外部に向うことを言い、内、又は内側とは、超音波内視鏡12の先端部40の内部、又は内部に向うことを言う。また、本明細書においては、上、又は上側とは、例えば、図3〜図5に示す超音波観察部36において、超音波振動子アレイ50の側、より正確には、後述する音響レンズ66の側を言い、下、又は下側とは、外装部材41の側を言う。
以下では、ケーブル配線基板62は、コネクタ60に一体的に取り付けられ、コネクタ60の装着部60aの複数の接続芯は、それぞれケーブル配線基板62のケーブル配線部62aに配線接続された複数本のケーブル58と電気的に接続されているものとして説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、コネクタ60に、FPC56の端部(配線の接続端子)、及びケーブル配線基板62の端部(ケーブル配線部62aの接続端子)を別々に装着するように構成しても良い。
音響整合層64は、人体等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)等)、ブタジエン系樹脂、ポリウレタン系樹脂等からなる。音響整合層64によっ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、シリカ等の粉末が混合される。
即ち、超音波振動子アレイ50は、複数の超音波振動子48が、棒状体の形状の長手方向を揃えて円弧状に、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。これによって、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、エポキシ樹脂等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。
なお、図3、及び図4においては、円弧状に配列された複数の電極52a及びこれらからなる電極部52は、バッキング材層54に隠れて見えないが、分かり易くするために破線表示している。
なお、図5に示す例では複数の電極52aを、各超音波振動子48の長手方向の端面側に設けられた個別電極で構成しているが、本発明はこれに限定されず、超音波振動子アレイ50の片外側面、両外側面、及び中心側のいずれに設けられている場合であっても、超音波振動子48の個別電極52aに導通していれば、個別電極から配線によって接続された別の電極によって構成しても良い。また、電極部52には、直接共通電極が含まれているが、共通電極52bから配線によって接続された電極が含まれていても良い。
電極部52の複数の電極52a及び52bは、電極パッドとして設けられていることが好ましい。
例えば、図7に示すバッキング材層68のように、半円柱状(断面円弧状)の貫通する凹部68aを備える半円筒形状であっても良いし、図8、及び図9に示すバッキング材層70、及び71のように、貫通しない角柱形状の凹部70a、及び貫通しない半円筒形状の凹部71aを備える半円柱形状であっても良いし、図10に示すバッキング材層72のように、凹部を備えていない半円柱形状であっても良い。この時、図7に示すバッキング材層68の底面68dは、同一平面上に位置する分離された2つの平面からなることが好ましく、バッキング材層70、71、及び72の底面70c、71c、及び72bは、いずれも同一平面上に位置する、連続する1つの平面からなることが好ましい。
なお、図6〜図10においては、説明のため、本発明の超音波振動子ユニットの構成要素の内、超音波振動子アレイ、及びバッキング材層以外の構成要素は省略されている。
なお、本発明においては、コネクタ60は、矩形形状であることが多いので、その場合には、図3、及び図6に示すバッキング材層54のように、内側が角柱形状に刳り貫かれた凹部54aを有する半円柱形状のバッキング材層を用いることが最も好ましい。
例えば、本発明に用いられるバッキング材層の凹部は、バッキング材層の外側面より中心側に向って設けられていることが好ましい。したがって、凹部は、バッキング材層の一方の外側面から他方の外側面に貫通する凹部(本発明の第1凹部である)、又はバッキング材層の少なくとも一方の外側面から中心側に向って凹んだ凹部(本発明の第2凹部である)であることがより好ましい。
ここで、第1凹部としては、図6に示すバッキング材層54の角柱形状の凹部54aのみならず、図7に示すように、バッキング材層68の底面側から円形に刳り貫かれた、バッキング材層68の一方の外側面68eから他方の外側面68eに貫通する凹部(第1凹部)68aであっても良いし、上述した多角形状、半楕円形状、又は異形状等の貫通凹部であっても良い。図7に示すバッキング材層68は、断面円弧状の上表面68b及び下側面68cを有する半円筒形状を有する。
このような凹部は、コネクタ60の少なくとも一部を収納することができれば、例えば円錐状の座グリのように、超音波振動子アレイ50から遠ざかる方向に向かって拡大するように形成されていても良い。
更に、本発明に用いられる凹部は、座グリ(凹部)70a、及び71aのように貫通していない場合には、バッキング材層の両方の外側面、即ち両側の側面に設けられていることが好ましい。
したがって、超音波振動子アレイ50は、バッキング材層54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54b上に、図示例では、複数の直方体状の超音波振動子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。
ここで、電極部52が、複数、例えば48〜192個の電極52aを有しているとすると、図示例では、3枚のFPC56には、それぞれ、複数の電極52aの電極数の1/3、例えば16〜64個の所定数の電極52aとそれぞれ電気的に接続するための複数、例えば16〜64本の所定数の配線を有するものであることが好ましい。即ち、図示例では、1枚のFPC56は、一端側に設けられ、電極部52の所定数の電極52a(電極パッド)とそれぞれ電気的に接続するための複数、例えば16〜64個の所定数の配線パッド56aと、所定数の配線パッド56aと電気的に接続された所定数の配線(図示せず)と、他端側に設けられ、所定数の配線と電気的に接続された複数、例えば16〜64個の所定数の接続端子(図示せず)とを有するものであることが好ましい。
このように、図5に示す例では、3枚のFPC56が、3つのコネクタ60に装着して用いられるので、1つのコネクタ60は、その装着部60aに、所定数の接続芯を持つ複数芯、例えば16〜64芯の所定芯数のコネクタであることが好ましい。
本発明において、コネクタ60として、FPC用コネクタを用いる場合には、端部に電極が付いているFPC56を用い、ケーブル配線基板62上にFPC用コネクタを実装して置き、FPC56の端部電極をケーブル配線基板62上に実装されたFPC用コネクタ(装着部)に接続する。
一方、コネクタ60として、基板対FPC接続用コネクタを用いる場合には、FPC56上にソケットを実装して端部をソケットに接続し、ケーブル配線基板62上にヘッダを実装して置き、FPC56に実装されたソケット(装着部)にケーブル配線基板62上に実装されたヘッダを接続する。なお、この場合には、逆に、FPC56上にヘッダを実装し、ケーブル配線基板62上にソケットを実装して置き、両者を接続するようにしても良い。
図示例においては、3枚のFPC56は、それぞれ、電極部52の複数の電極52aとFPC56の配線パッド56aとを接触させて固定することにより、複数の超音波振動子48の両端面において取り付けられ、3枚のFPC56の内の2枚のFPC56は、バッキング材層54の一方の外側面54eに沿って延び、残りの1枚のFPC56は、他方の外側面54eに沿って延び、共に凹部54aに至ると、下側面54cに沿ってバッキング材層54の中心側に折り曲げられて延びる。
一方の外側面54eから下側面54cに沿って延びた2枚のFPC56の内の1枚は、バッキング材層54の凹部54a内の外側にあるコネクタ60の配置位置に至ると、再度折り曲げられて、コネクタ60の装着部60aに装着される。2枚のFPC56の内の他の1枚は、バッキング材層54の凹部54a内の中心側まで下側面54cに沿って延び、中心側に配置されているコネクタ60の配置位置に至ると、再度折り曲げられて、コネクタ60の装着部60aに装着される。他方の外側面54eから下側面54cに沿って延びた2枚のFPC56の内の1枚は、バッキング材層54の凹部54a内の外側にあるコネクタ60の配置位置に至ると、再度折り曲げられて、コネクタ60の装着部60aに装着される。
ここで、FPC56の複数の配線パッド56aと超音波振動子アレイ50の電極部52の複数の電極52a(電極パッド)との電気的な接続は、半田付けによって行うことが好ましいが、FPC56の端部の配線電極を超音波振動子48の下部に挟み、導電性接着剤を用いることによって行っても良い。なお、配線パッド56aと電極52aとの電気的な接続は、これらの接続方法に制限される訳ではなく、配線の作業性を阻害せず、作業工程の難易度が高くならなければ、いかなる方法を用いても良く、異方性導電性シート、又は異方性導電性ペーストを用いて貼り合わせる方法、ワイヤーボンディング等の方法、又は熱融着によって行う方法などの公知の方法を用いても良い。
即ち、コネクタとして、複数のケーブル58を各グループのチャンネル数以上の所定本数の3つ以上のグループに分けて、各グループの所定数のケーブル58を予めケーブル配線基板62のケーブル配線部62aに配線接続して置き、所定数のケーブル58が配線接続されたケーブル配線基板62を各コネクタ60に取り付けて、所定数のケーブル58と装着部60aの所定数の接続芯とを電気的に接続して、所定数のケーブル58がそれぞれ電気的に接続された3個以上のコネクタ60を準備しておく。
また、本発明に用いるケーブル配線基板62としては、特に制限的ではなく、PCB、又はPWB等のリリジッドな配線基板であっても良いし、FPC等のフレキシブルな配線基板であっても良いし、フレキシブルな配線基板とジッドな配線基板とが一体化された多層基板であっても良い。
こうして、予め超音波振動子アレイ50の電極部52の所定数の電極52aにそれぞれ電気的に接続された3枚以上のFPC56のそれぞれの端部を、それぞれ1対1対応で、予め所定数のケーブル58がケーブル配線基板62を介してそれぞれ電気的に接続された3個以上のコネクタ60の装着部60aに装着することにより、電極部52の複数の電極52aと、複数のケーブル58とを容易に電気的に接続することができる。
また、後述するが、2つのFPC56を超音波振動子アレイ50の両外側に配置することで外装部材(ケース)41からの充填剤層74、及び76を通した放熱パスに加え、中央に3つ目のFPC56を配することでバッキング材層54の中央部からの放熱効果を期待することができる。
本発明においては、更に、ケーブル配線前に超音波振動子アレイの検査が可能であり、製造安定性が高く、コストアップを招くことがなく、超音波内視鏡に用いるのに適した超音波振動子ユニットを提供することができる。
このように、本発明においては、短いコネクタ長のコネクタを使用することにより、3枚以上のFPC、PCB、又はPWB等の配線基板を超音波内視鏡12内に配置することができる。
このように、所定数のケーブル58がそれぞれ配線接続された3枚のコネクタ60の各一部をバッキング材層54の凹部54aに収納させることにより、バッキング材層54の凹部54aと外装部材41との間に、3枚のコネクタ60、3枚のケーブル配線基板62、及び複数のケーブル58を確実に配置することができ、本発明では、超音波内視鏡12の先端部40の超音波観察部36内の空間を有効に使用することができる。その結果、超音波振動子ユニット46の小型化、ひいては、超音波内視鏡12の小型化を図ることができる。
なお、本発明の超音波振動子ユニット46を超音波内視鏡12の先端部40の外装部材41に取り付ける際には、超音波振動子ユニット46、即ち、音響レンズ66、FPC56、充填剤層74、並びに3枚のコネクタ60、3枚のケーブル配線基板62、及び複数のケーブル58の残りの一部と、外装部材41との間の隙間(空間)は、放熱性の良い充填剤で埋めて、充填剤層76としておくことが好ましい。
このような充填剤層74及び76は、バッキング材層54の凹部54a内の隙間、及び超音波振動子ユニット46と外装部材41との間の隙間を埋めるために設けられるものであって、3枚のコネクタ60、3枚のケーブル配線基板62、及び複数のケーブル58の一部とを固定して、ケーブル58等の断線を防止することができるものである。このように、3枚のコネクタ60、3枚のケーブル配線基板62、及び複数のケーブル58の少なくとも一部を、充填剤にて覆い、充填剤層74及び/又は76を形成しておくことで、本発明の超音波振動子ユニット46、及び超音波観察部36のアセンブリの取り回し時の複数のケーブル58の部分の保護を行うことができる。
Q=100×|Zp−Zb|/(Zp+Zb) …(1)
ただし、音響インピーダンスZp及びZbの単位は、kg/(m2・s)である。なお、kgはキログラムを表し、mはメートルを表し、sは秒を表す。
なお、充填剤層76においても、充填剤層74と同様に、バッキング材層54との音響インピーダンスの整合を取っておく方が好ましい。
なお、充填剤層74においても、充填剤層76と同様に、放熱性の良い充填剤を用いておく方が好ましい。
このように、本発明においては、バッキング材層54の幅方向の両外側の放熱パスに加え、バッキング材層54の幅方向の中央側のバッキング材層54を介した放熱パスを増やすことができるので、超音波振動子アレイ50の超音波振動子48の放熱を促進することができ、超音波振動子48及び音響レンズ66の表面の温度上昇を抑えることができる。その結果、音響レンズ66の表面の温度上昇値で規定されている超音波振動子48の出力上限を挙げることができ、超音波振動子ユニット46の出力を向上させ、高出力とすることができる。
例えば、図11に示すように、超音波振動子アレイ50の電極部52の電極52aをバッキング材層54の上表面54b(超音波振動子48の配列面)から外側面54eまで延ばして、FPC56の少なくとも配線パッド56aの部分の厚みをその分だけ薄くして、バッキング材層54の外側面54eに延びた電極52aの延長部分と、厚みが薄くなったFPC56の配線パッド56aの部分とを貼り合わせて接合し、両者を半田等で電気的に接続するようにしても良い。
なお、図12に示す例では、4枚のFPC56と、4枚のケーブル配線基板62と、4つのコネクタ60とを用いているが、本発明はこれに限定されず、3枚以上のFPC56と、3枚以上のケーブル配線基板62と、3つ以上のコネクタ60とを用いていれば、幾つ用いるものであっても良い。
また、図11、及び図12に示す例では、図5に示す例と同様に、図6に示す角柱状の凹部54aを持つバッキング材層54を用いているが、本発明はこれに限定されず、図7に示す貫通する半円柱状の凹部68aを持つ半円筒状のバッキング材層68を用いても良いし、図8、及び図9に示すような貫通していない角柱状の座グリ(凹部)70a、及び貫通していない半円柱状の座グリ(凹部)71aをそれぞれ持つバッキング材層70、及び71を用いても良いし、図10に示すような座グリ(凹部)のないバッキング材層72を用いても良いし、その他の形状及び構造のバッキング材層を用いても良い。
観察窓78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78から入射した観察対象部位の反射光は、対物レンズ80で固体撮像素子82の撮像面に結像される。固体撮像素子82は、観察窓78、及び対物レンズ80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82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)等を挙げることができる。固体撮像素子82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88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、および画像処理を施し、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86は、観察窓78、及び照明窓84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78、及び照明窓84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によって起立台の起立角度が変化し、これによって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内のケーブル58、3枚以上のケーブル配線基板62、3つ以上のコネクタ、3枚以上のFPC56、及び電極部52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、およびエコー信号の受信は、駆動する超音波振動子48をマルチプレクサ等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。
しかしながら、この場合には、端部にある超音波振動子のバッキング材の下にコネクタが配置されると、超音波振動子特性への影響が懸念されることがある。
このように、コネクタ1個当たりのチャンネル数を減らすことでコネクタ長を短くし、バッキング材層内に配置できるようにすることができる。
なお、従来構造では、例えばPCB等のケーブル配線基板1枚当たりのケーブル配線数が増え、ケーブル半田部周辺の配線構造が複雑となっていたが、本発明においては、配線部の空間をPCB等のケーブル配線基板によって分割することで、超音波内視鏡の先端部のケーブル同士の干渉を回避できる。
本発明の超音波振動子ユニットは、基本的に、以上のように構成される。
Claims (14)
- それぞれ棒状体の形状を有する複数の超音波振動子が、前記棒状体の形状の長手方向を揃えて円弧状に配列された超音波振動子アレイと、
前記複数の超音波振動子の、前記長手方向に垂直となる少なくとも一方の端面に設けられ、前記複数の超音波振動子とそれぞれ導通する複数の電極を持つ電極部と、
前記超音波振動子アレイの、前記円弧状の中心側となる背面に配設された円弧状のバッキング材層と、
前記電極部の複数の電極と電気的に接続される3枚以上の電極用配線基板と、
複数のケーブルがそれぞれ接続された3つ以上のコネクタと、を有し、
前記3枚以上の電極用配線基板は、それぞれ前記3つ以上のコネクタに装着されて、前記電極部の複数の電極と前記複数のケーブルとを電気的に接続し、
前記3つ以上のコネクタは、前記超音波振動子アレイとは逆側となる前記バッキング材層の背面側に、前記長手方向に沿った前記バッキング材層の幅方向に配列されることを特徴とする超音波振動子ユニット。 - 更に、前記複数のケーブルが接続されたケーブル配線部をそれぞれ備える前記3枚以上のケーブル配線基板を有し、該3枚以上のケーブル配線基板の各ケーブル配線部と、前記3枚以上の電極用配線基板とをそれぞれ前記3つ以上のコネクタによって接続する請求項1に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記バッキング材層は、前記超音波振動子アレイの背面に断面円弧状の外表面を持ち、該外表面と逆側に凹部を有し、
前記3つ以上のコネクタの少なくとも一部を前記バッキング層の前記凹部内に配置する請求項1又は2記載の超音波振動子ユニット。 - 前記バッキング材層は、半円柱状、円柱を該円柱の中心線に平行な平面で切断した形状、半円筒状、又は弓形状であり、
前記バッキング材層の底面は、同一平面上に位置する連続する1つの平面、又は同一平面上に位置する分離された2つの平面である請求項3に記載の超音波振動子ユニット。 - 前記バッキング材層の前記凹部は、前記バッキング材層の幅方向の外側面より前記幅方向の中心側に向って設けられている請求項3又は4に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記バッキング材層の前記凹部は、前記バッキング材層の幅方向の両側の2つの外側面の一方の外側面から他方の外側面に貫通する貫通穴、又は前記バッキング材層の幅方向の少なくとも一方の外側面から前記幅方向の中心側に向って凹んだ座グリのいずれかである請求項3〜5のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記貫通穴は、その断面が矩形、多角形、又は円形に刳り貫かれた形状であり、
前記座グリは、前記バッキング材層の幅方向の少なくとも一方の外側面から前記幅方向の中心側に向って形成されており、
前記座グリは、矩形状のザグリ、多角形状のザグリ、弓形状の座グリ、半円状のザグリ、角錐状の座グリ、又は円錐状のザグリである請求項6に記載の超音波振動子ユニット。 - 前記3つ以上のコネクタの内の2つのコネクタは、前記バッキング材層の前記凹部内において、前記バッキング材層の幅方向の両側の2つの外側面の側にそれぞれ配置され、
前記3つ以上のコネクタの内の残りの1以上のコネクタは、前記バッキング材層の前記凹部内において、前記2つのコネクタの間に配置される請求項3〜7のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。 - 更に、前記バッキング材層の前記凹部に収納された前記3つ以上のコネクタの少なくとも1つのコネクタ、前記3枚以上の電極用配線基板、及び前記複数のケーブルと前記バッキング材層との間の前記凹部の隙間を埋める、熱伝導部材からなる充填剤の層を有する請求項3〜8のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
- 更に、前記3枚以上の電極用配線基板、前記3枚以上のコネクタ、及び前記複数のケーブルのそれぞれの少なくとも一部を覆う、熱伝導部材からなる充填剤の層を有する請求項3〜9のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記充填剤の層は、前記充填剤の層の音響インピーダンスをZpとし、かつ前記バッキング材層の音響インピーダンスをZbとしたときに、下記式(1)を用いて表される、前記充填剤の層と前記バッキング材層との音響インピーダンス反射率Qが50%以下である請求項9又は10に記載の超音波振動子ユニット。
Q=100×|Zp−Zb|/(Zp+Zb) …(1)
ただし、音響インピーダンスZp及びZbの単位は、kg/(m2・s)である。 - 前記充填剤の層は、熱伝導率が1.0W/(m・K)以上である請求項9〜11のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記電極用配線基板は、フレキシブルプリント配線基板、又はリジットなプリント配線回路基板である請求項1〜12のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
- 前記電極用配線基板は、熱融着接続を介して前記電極部と電気的に接続され、前記長手方向に沿った前記超音波振動子アレイの幅方向の外側面に配置されている請求項1〜13のいずれか1項に記載の超音波振動子ユニット。
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