JP3671725B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は体腔内等に挿入されて、超音波振動子を回転駆動することにより超音波検査を行う超音波プローブに関するものであり、特にそのケーブルに静電ノイズが取り込まれるのを防止した超音波プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波検査装置としては、体表皮の外側から体内に向けて超音波信号を送信するようにしたタイプのものと、体腔内に導かれて、体腔内壁から患部等の至近位置から超音波の送受信を行うように構成したものがある。体内挿入型の超音波検査装置の代表的なものとして超音波内視鏡があり、また内視鏡とは別個に細径の超音波プローブを構成し、この超音波プローブを内視鏡の処置具挿通チャンネルをガイド手段として体内に導くようにしたもの、つまり経内視鏡的に挿入される超音波プローブもある。
【０００３】
いずれにしろ、体腔内に挿入される超音波検査装置において、超音波振動子を回転駆動する間に、所定の角度毎に超音波パルスを体内に向けて送信して、体内断層部からの反射エコーを取得するようにした、所謂メカニカルラジアル超音波走査を行うように構成したものがある。そして、メカニカルラジアル超音波走査を行うに当って、超音波振動子を遠隔操作で回転駆動するように構成したものがある。この操作は一般にコントロールケーブルを用いて行う構成としている。コントロールケーブルは、可撓性のあるスリーブ内にフレキシブルシャフトを挿通して、このフレキシブルシャフトの先端に超音波振動子を連結し、基端部にはモータ等の駆動手段を接続する構成としたものである。この駆動手段によってスリーブ内でフレキシブルシャフトを軸回りに回転駆動すると、この回転が先端にまで伝達されて、超音波振動子が回転することになる。超音波振動子に駆動信号を印加し、またこの超音波振動子が受信した反射エコー信号を外部に取り出すためにケーブルが接続される。このケーブルは、途中でロータリコネクタ等を介して超音波観測装置に接続されるようになっており、超音波観測装置には超音波の送受信回路や、スキャンコンバータ等の超音波信号を処理して超音波画像を生成する回路等が設けられる。
【０００４】
超音波受信信号は極めて微弱な信号であり、従ってこの微弱な超音波受信信号を超音波観測装置に伝送する際に、僅かなノイズが取り込まれただけでも超音波画像の画質に極めて大きな影響が生じる。超音波内視鏡にしろ、また経内視鏡的に挿入される超音波プローブであるにしろ、内視鏡の観察手段として固体撮像装置を用いた電子内視鏡の場合には、挿入部の先端に装着した固体撮像素子に対する信号の授受を行うためのケーブルが接続されており、このケーブルを介して固体撮像素子を駆動し、また固体撮像素子からの映像信号をプロセッサにまで伝送する。従って、固体撮像素子に接続したケーブルは、超音波振動子に接続したケーブルと共に挿入部内に挿通されているから、固体撮像素子に伝送されるクロックパルス等の信号が超音波振動子から伝送される超音波受信信号に対するノイズ源となる可能性がある。以上のことから、超音波振動子に接続したケーブルを電磁的にシールドする等によってノイズ対策がなされるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超音波受信信号伝送用のケーブルとして、前述したようなシールドケーブルを用いると、外乱ノイズの取り込みが抑制される。しかしながら、シールドケーブルを用いたとしても、なおノイズの発生を完全に防止することはできない。特に、超音波振動子を直線的に移動させることにより行うメカニカルリニア走査と比較して、超音波振動子を回転駆動するメカニカルラジアル走査を行う時の方がノイズの発生度合いが多いという傾向がある。
【０００６】
以上の点に鑑みて、本発明者は鋭意研究を行った結果、超音波振動子を回転駆動する際に、静電気が原因となる静電ノイズが発生することを知見して本発明を完成するに至った。つまり、超音波振動子を遠隔操作で回転駆動するためには、フレキシブルシャフトの先端に超音波振動子を連結するが、このフレキシブルシャフトは一般に金属線材を密着コイル状に巻回してなるものであり、この内部にケーブルが挿通されるが、ケーブルはフレキシブルシャフトに対してある程度の余長を持たせた状態にして挿通させることによって、無理な引っ張り力が作用して断線するのを防止するのが一般的である。そして、フレキシブルシャフトを回転させた時には、当然ケーブルもそれに追従して回転するが、ケーブルに余長を持たせている分だけフレキシブルシャフトと摺動することになる。
【０００７】
ケーブルの最外層部分は絶縁被覆であり、この絶縁物であるケーブルの被覆が金属からなるフレキシブルシャフトと摺動することにより生じる静電気がケーブルに対するノイズ源となる。つまり、絶縁被覆がフレキシブルシャフトと摺動することにより滞電した静電気がある瞬間に放電されるが、この静電気の放電時に生じる静電ノイズが信号の伝送時に取り込まれるおそれがある。また、ケーブルは、少なくとも芯線とシールド線とから構成されるが、芯線を絶縁チューブに挿通させる等により芯線とシールド線との間にも絶縁層が介在する構造となっており、フレキシブルシャフトの回転時に、ケーブルがこのフレキシブルシャフトと摺動する際にケーブル自体を捩る方向の力が作用する結果、シールド線と絶縁層との間にも相対摺動が生じることになる。従って、このシールド線と絶縁層との間の相対摺動によっても静電気が発生することになる。しかしながら、シールド線と絶縁層との間の相対摺動による静電気に対しては、従来は何等の対策もなされていなかった。
【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、超音波振動子に接続したケーブルに静電気が滞電するのを防止して、この静電気によるノイズを生じさせない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、スリーブ内に金属線材を密着コイル状に巻回したフレキシブルシャフトを挿通させ、このフレキシブルシャフトの先端に超音波振動子を連結して設け、前記スリーブ内で前記フレキシブルシャフトを軸回りに回転させることによって、前記超音波振動子を回転駆動することによるメカニカルラジアル走査を行うようにした超音波プローブであって、前記フレキシブルシャフト内に前記超音波振動子に接続したケーブルを挿通させ、このケーブルの少なくとも最外層を構成する絶縁被覆の外周面にアース電位とした導電膜を形成する構成としたことをその特徴とするものである。
【００１０】
また、ケーブルは１または複数の芯線と１または複数のシールド線と、これら芯線とシールド線との間に絶縁層を介装したものから構成されるが、ケーブルの最外層である絶縁被覆に加えて、さらにこの絶縁層の外周面にもアース電位とした導電膜を設けるようにすると、静電気の発生防止の点、またシールド機能の向上の点からも望ましい。ここで、導電膜は金属箔を巻き付けるようにしたり、表面をコーティングする等の手段で形成でき、例えばカーボンコーティングを施すことによって、薄膜の導電膜を容易に形成できることになる。
【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説明する。ここで、体腔内に挿入して超音波検査を行うシステムの一例として、例えば図１に示したものがある。同図において、１は超音波プローブ、２は超音波操作ユニット、３は超音波観測装置（図示せず）に着脱可能に接続されるコードである。超音波プローブ１は、例えば内視鏡４の挿入部５に設けた処置具挿通チャンネル６に挿通されるものであり、また超音波操作ユニット２は内視鏡４の本体操作部７に設けた処置具導入部８に固定されるようになっている。
【００１２】
超音波プローブ１及び超音波操作ユニット２は、図２に示した構成となっている。超音波プローブ１は可撓性を有するスリーブ１０の先端に先端キャップ１１を連結して設け、先端キャップ１１内には回転基板１２に搭載した超音波振動子１３が配置されている。回転基板１２にはフレキシブルシャフト１４が連結して設けられ、このフレキシブルシャフト１４はスリーブ１０の概略全長に及ぶ長さを有するものである。そして、このフレキシブルシャフト１４の基端部は接続コネクタ１５に連結して設けられ、この接続コネクタ１５はスリーブ１０の基端部から所定の長さ突出している。
【００１３】
超音波操作ユニット２は、処置具導入部８に着脱可能に取り付けられる取付部１６と、この取付部１６に連結して設けたケーシング１７とを有し、このケーシング１７には、超音波プローブ１の接続コネクタ１５が着脱可能に接続される回転軸１８が設けられている。回転軸１８には、一対のプーリ１９，２０が装着されており、一方のプーリ１９には伝達ベルト２１を介してモータ２２が接続され、また他方のプーリ２０には伝達ベルト２３を介してエンコーダ２４が接続されている。従って、モータ２２を回転させると、回転軸１８が回転し、この回転が接続コネクタ１５に伝達されて、フレキシブルシャフト１４がスリーブ１０内で軸回りに回転する結果、回転基板１２に搭載した超音波振動子１３が回転駆動され、かつ所定角度回転する毎に超音波振動子１３から超音波の送信が行われ、また体内組織からの反射エコーが受信される。これがメカニカルラジアル走査である。
【００１４】
従って、超音波振動子１３にはエンコーダ２４により検出される所定角度毎に駆動信号が入力されて超音波パルスを送信する。また、体内組織の断層部からの反射エコーが超音波振動子１３に取り込まれるが、この受信信号は超音波観測装置に伝送する。このために、超音波振動子１３にはケーブル２５が接続されており、このケーブル２５はフレキシブルシャフト１４の内部に挿通されている。ケーブル２５の基端部は接続コネクタ１５を介して回転軸１８に着脱可能に接続される。従って、回転軸１８は回転伝達手段であると共に、信号の伝送経路としても機能する。回転軸１８はロータリコネクタ２６に接続されており、このロータリコネクタ２６にはコード３から引き出されたケーブル２７が接続されている。従って、コード３側のケーブル２７は回転方向には固定され、また超音波振動子１３に接続され、この超音波振動子１３と共に回転するケーブル２５とロータリコネクタ２６により相対回転可能に接続される。
【００１５】
超音波プローブ１は、内視鏡４の処置具挿通チャンネル６に挿通されるが、この処置具挿通チャンネル６は体腔内における曲がった経路に挿入される挿入部５に設けられているから、超音波プローブ１を体腔内に導いた状態では処置具挿通チャンネル６に追従して任意の方向に曲がることになる。フレキシブルシャフト１４はスリーブ１０内に、またケーブル２５がフレキシブルシャフト１４内に挿通されているが、スリーブ１０の内径とフレキシブルシャフト１４の外径との間、及びフレキシブルシャフト１４の内径とケーブル２５の外径との間には、それぞれ所定の径差を持たせるようにしている。また、超音波プローブ１の全長は、処置具挿通チャンネル６より長尺であり、通常は２ｍ乃至それ以上の長さを有するものである。
【００１６】
以上のことから、スリーブ１０内でフレキシブルシャフト１４に所定の余長を持たせることによりこのフレキシブルシャフト１４を円滑に回転させるようになし、またフレキシブルシャフト１４内でもケーブル２５にもある程度の余長を持たせるようになし、もって超音波プローブ１が曲げられた状態で作動する際等にケーブル２５に張力が作用して断線する等の事態が生じないようにしている。フレキシブルシャフト１４はスリーブ１０内で軸回りに回転するものであるから、その回転時にフレキシブルシャフト１４がスリーブ１０の内面に接離する結果、フレキシブルシャフト１４が振動して、その内部で余長を持たせた状態で挿通されているケーブル２５との間が相互に摺動することになる。
【００１７】
図３にフレキシブルシャフト１４内に挿通されているケーブル２５の構成を示す。ケーブル２５は、その中心位置に芯線３０が配置されており、この芯線３０の周囲は絶縁層３１で覆われている。そして、絶縁層３１の外周部にはシールド線３２が網目状に編成する等により被着されており、さらにこのシールド線３２は絶縁被覆３３で覆われる。これがケーブル２５の基本的構成であり、芯線３０とシールド線３２とを圧電素子からなる超音波振動子１３の両電極に接続して、これらの電極間に所定の電圧を印加すると、超音波の送信が行われ、また超音波振動子１３が反射エコーにより振動すると、この超音波振動子１３に電圧が発生することになり、この電圧信号が芯線３０から取り出される。
【００１８】
ここで、絶縁層３１の外側表面と、絶縁被覆３３の外側表面とには、それぞれカーボンコーティング等からなる導電膜３４，３５が形成されている。そして、これら両導電膜３４，３５は共にアース電位となるようにしている。これら導電膜３４，３５は、例えばディッピング等の手段で形成することができ、従って容易に極めて薄い膜として形成され、全体としてのケーブル２５が格別太径化するようなことはない。
【００１９】
而して、絶縁層３１の外周には、この絶縁層３１とは独立のものとして編成等により形成したシールド線３２が設けられており、このシールド線３２は金属で形成されている。これによって、導電膜３４はシールド線３２が直接電気絶縁物からなる絶縁層３１と接触しないように保持される。また、絶縁被覆３３は金属線材を密着コイル状に巻回したフレキシブルシャフト１４内に挿通されていることから、その絶縁被覆３３が金属からなるフレキシブルシャフト１４に直接接触するのを防止するために、絶縁被覆３３の外周に導電膜３５を積層するようにしている。
【００２０】
メカニカルラジアル走査を行うために、超音波振動子１３を回転駆動する際には、フレキシブルシャフト１４を軸回りに回転させるが、この時には超音波プローブ１の全体が振動することになる。この結果、ケーブル２５の外周面とフレキシブルシャフト１４の内面との間に摺動が生じることになる。しかしながら、ケーブル２５の表面には導電膜３５が形成されているので、摺動は導電体同士のものなり、しかも導電膜３５はアース電位に保持されている。従って、この摺動する両部材のいずれにも静電気が滞電するおそれはない。また、絶縁層３１とシールド線３２とは固着関係となっているのではなく、実質的にはシールド線３２を絶縁層３１に被着させたものであるから、ケーブル２５の振動により捩られると、絶縁層３１とシールド線３２との間に相対的な動きが生じて、相互に摺動することになる。しかしながら、絶縁層３１の外表面にも導電膜３４が形成され、この導電膜３４もアースされているので、シールド線３２が直接絶縁層３１と摺接することによる静電気の発生を確実に防止できる。
【００２１】
さらに、絶縁層３１の外表面には導電膜３４が、また絶縁被覆３３の外表面には導電膜３５が形成されているが、これらの間は固着されていることから、ケーブル２５に振動や捩れ等が生じたとしても、相対摺動するようなことはなく、静電気が発生することはない。以上のことから、芯線３０は、シールド線３２に加えて、導電膜３４，３５により覆われているので、外乱ノイズが取り込まれるのをより確実に防止できる。
【００２２】
この結果、フレキシブルシャフト１４内に挿通しているケーブル２５は２層の薄膜の導電膜３４，３５を形成するだけで、つまりケーブル２５を実質的に太径化することなく、このケーブル２５を介して伝送される微弱な信号である超音波反射信号にノイズが生じるのをほぼ完全に防止できる。従って、反射エコー信号に基づいて超音波画像信号を生成する際におけるＳ／Ｎ比の向上が図られて、モニタにこの超音波画像を表示した時に、極めて鮮明な画像となり、検査や診断を正確に行える。
【００２３】
ここで、超音波振動子１３に接続されるケーブルとしては、図３に示した構成のものの他、図４に示したケーブル４０や図５に示したケーブル５０等様々な構成のものが用いられる。図４に示したケーブル４０は、超音波振動子１３の２つの電極に接続される芯線４１ａ，４１ｂを有し、これら両芯線４１ａ，４１ｂは絶縁層４２ａ，４２ｂ内に挿通されるが、これらはさらに第２の絶縁層４３内に挿通され、この第２の絶縁層４３の外周部にシールド線４４が設けられるが、この第２の絶縁層４３の外周に導電膜４５が形成される。さらにシールド線４４の外周部には絶縁被覆４６が設けられるが、この絶縁被覆４６の外面にも導電膜４７が積層される。この構成では、超音波振動子として表面積の大きいものを用いる場合に使用される。つまり、芯線４１ａ及び４１ｂは超音波振動子１３の両電極に接続されものであり、これにより両電極間に生じる電位差を大きくすることができる。従って、この構成では、シールド線４４は電磁シールド機能を発揮させるものである。
【００２４】
また、図５に示したケーブル５０はシールド強化型のケーブルであって、大きなノイズが発生する環境下で使用する場合等に特に有効に用いられる。即ち、最中心側に設けた芯線５１の外側に、第１の絶縁層５２、第１のシールド線５３、第２の絶縁層５４、第２のシールド線５５及び絶縁被覆５６を順次積層するようにして構成されるが、第１の絶縁層５２と第１のシールド線５３との間、第２の絶縁層５４と第２のシールド線５５との間及び絶縁被覆５６の外側にそれぞれ導電膜５７，５８，５９を形成する。この場合には、芯線５１と第１のシールド線５３とが、それぞれ超音波振動子１３の両電極に接続される。また、第２のシールド線５５は電磁シールド機能を発揮させるためのものである。なお、第１の絶縁層５２と第１のシールド線５３との間には殆ど摺動する可能性がないので、導電膜５７は省略しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、ケーブルの少なくとも外周側における絶縁被覆の外周面にアース電位とした導電膜を形成する構成としたので、ケーブルを格別太径化することなく、超音波振動子に接続したケーブルの電磁シールド機能を向上させると共に、ケーブル自体に静電気が滞電するのを防止でき、もってケーブルを介して伝送される微弱信号である超音波反射エコー信号のノイズを著しく低減させることができて、この超音波反射信号を処理して得られる超音波画像を極めて鮮明なものとすることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す超音波プローブを備えた超音波検査装置の概略構成図である。
【図２】超音波プローブとその超音波操作ユニットとの断面図である。
【図３】第１の実施の形態を示す超音波プローブ用のケーブルの構成説明図である。
【図４】第２の実施の形態を示す超音波プローブ用のケーブルの構成説明図である。
【図５】第３の実施の形態を示す超音波プローブ用のケーブルの構成説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波プローブ ２ 超音波操作ユニット
１０ スリーブ １１ 先端キャップ
１３ 超音波振動子 １４ フレキシブルシャフト
２５，４０，５０ ケーブル ３０，４１ａ，４１ｂ，５１ 芯線
３１，４２ａ，４２ｂ，４３，５２，５４ 絶縁層
３２，４４，５３，５５ シールド線
３３，４６，５６ 絶縁被覆
３４，３５，４５，４７，５７〜５９ 導電膜

Claims (3)

1. スリーブ内に金属線材を密着コイル状に巻回したフレキシブルシャフトを挿通させ、このフレキシブルシャフトの先端に超音波振動子を連結して設け、前記スリーブ内で前記フレキシブルシャフトを軸回りに回転させることによって、前記超音波振動子を回転駆動することによるメカニカルラジアル走査を行うようにした超音波プローブにおいて、
   前記フレキシブルシャフト内に前記超音波振動子に接続したケーブルを挿通させ、このケーブルの少なくとも最外層を構成する絶縁被覆の外周面にアース電位とした導電膜を形成する構成としたことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記ケーブルは１または複数の芯線と１または複数のシールド線と、これら芯線とシールド線との間に絶縁層を介装したものからなり、さらにこの絶縁層の外周面にもアース電位とした導電膜を設け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. 前記導電膜はカーボンコーティングからなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波プローブ。

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