JPH01313043A - 電子ラジアル型超音波内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電子ラジアル型超音波内視鏡に関する・ 〔従来の技術〕 超音波ビームを電子的にラジアルスキャンするものとし
て、例えば特開昭５５−１４６０６５号公報には複数の
超音波振動子を円環状に配列し、この振動子アレイの一
部の超音波振動子群を電子スキャナスイッチで順次選択
して、選択した超音波振動子群から振動子アレイの外方
に向けて超音波を投射するようにしたものが開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の電子ラジアルスキャン方
式にあっては、超音波振動子を円環状に配列して、超音
波を振動子アレイの外方に向けて投射するようにしてい
るため、振動子アレイの外周近傍に超音波を集束させる
ことが困難となり、これがため内視鏡に組み込んだ場合
には食道等の管壁の観察像の分解能が悪く、鮮明な超音
波断層像が得られないという問題がある。

このような問題を解決するため、本願人は先に特願昭６
１−２９５８５４号において、円環状の振動子アレイの
内側にマツチング部材を充填し、順次選択される超音波
振動子群からの超音波を、マツチング部材及び選択され
た超音波振動子群と対向する振動子アレイ部分を透過さ
せて振動子アレイの外部に集束させるように、振動子ア
レイの内方に向けて投射するようにした電子ラジアル走
査装置を開発した。

この電子ラジアル走査装置によれば、超音波を円環状の
振動子アレイの外周近傍に集束させることができるので
、内視鏡に適用した場合には食道等の管壁の観察像の分
解能を高くでき、鮮明な超音波断層像を得ることができ
るという利点がある。

しかしながら、本発明者らによる検討の結果、上述した
本願人が先に開発した電子ラジアル走査装置には次のよ
うな改良すべき点があることが判明した。

すなわち、振動子アレイを構成する各超音波振動子には
、アレイ外方への不所望な超音波を吸収するためのダン
パ層が設けられているため、超音波の送信および受信に
おいて超音波が振動子を透過する際にそのダンパ層で不
所望に減衰され、これがため逆に深部の観察像の分解能
が低下してしまう。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、超音波を不所望な減衰を生ずることなく送受信でき
、したがって被検体の浅部はもとより深部の観察におい
ても、高分解能の超音波像が得られるよう適切に構成し
た電子ラジアル型超音波内視鏡を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では内視鏡の挿入先端部に複数の
超音波振動子を円錐環状に配列してなる振動子アレイを
設け、この振動子アレイの一部の超音波振動子群を順次
選択して、選択した超音波振動子群から前記振動子アレ
イの内方に向けて超音波を投射するよう構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。この
超音波内視鏡１は、側視形内視鏡の挿入先端部２に振動
子アレイ３を設けたものである。

振動子アレイ３は複数の超音波振動子４を円錐環状に配
列すると共に、その外周には外方への超音波を吸収する
ダンパ層５を、内周には投射される超音波を平面状（ス
ライス方向）に集束する超音波レンズ６をそれぞれ設け
て、各超音波振動子４からアレイ内方向に投射される超
音波が対向する超音波振動子４に入射しないように構成
し、この振動子アレイ３をその中心軸が挿入先端部２の
挿入中心軸と一致するように、該挿入先端部２の先端面
に先方において径が大きくなるように装着する。また、
各超音波振動子２を駆動するためのアースラインおよび
信号ラインを含む駆動ライン７は、内視鏡内部を通して
延在させて、内視鏡外部に設けられる図示しない駆動装
置に接続する。なお、挿入先端部２にはカバーガラス８
、対物レンズ９、プリズム１０およびイメージガイド１
１を有する公知の側視形の観察光学系を設けると共に、
図示しないライトガイド等を有する公知の側視形の照明
光学系を設ける。

このようにして、この実施例では振動子アレイ３と被検
体との間に水等の超音波伝達媒体を介在させて、振動子
アレイ３の一部の超音波振動子群を順次選択して超音波
を振動子アレイ３の内方で、挿入先端面の斜め前方に集
束するように投射すると共に、その被検体での反射波を
同一の振動子群で受波するように、振動子アレイ３を電
子ラジアル走査して被検体の超音波像を得る。ここで、
ラジアル走査における一部の超音波振動子群の選択は、
隣接する所定の個数の振動子４を、各振動子４が重複す
ることなく順次選択してもよいし、所定個数の振動子４
をずらしながら重複して順次選択してもよい。

この実施例によれば、順次選択される超音波振動子群か
らアレイ内方向に投射される超音波が対向するアレイ部
分に入射することがないので、アレイ３のダンパ層５に
よる不所望な減衰が生じない。従って、順次選択する超
音波振動子群の各振動子４に供給する駆動信号の遅延時
間を適切に調整することにより、超音波の集束位置を任
意に変更できるので、被検体の浅部はもとより深部の観
察においても高分解能の超音波像を得ることができる。

第２図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例は、振動子アレイ３の内周に超音波レンズ６を取
り外して円錐環状の超音波プリズム１５を設け、このプ
リズム１５でアレイ内方に投射された超音波をアレイ外
方に反射させ、これにより内視鏡挿入軸と直交する平面
をラジアル走査するようにして、超音波による観察方向
と観察光学系による視野方向とを横断面で一致させるよ
うにしたもので、その他の構成は第１実施例と同様であ
る。なお、超音波プリズム１５には第１図の超音波レン
ズ６と同様の作用を持たせるようにする。

この実施例によれば、超音波による観察部位を光学系に
よって観察できるという利点があると共に、超音波を被
検体のより深部に集束できるという利点がある。

第３図はこの発明の第３実施例を示すものである。この
実施例は、第２実施例の円錐環状の超音波プリズム１５
に代えて、振動子アレイ３の内周に超音波を透過するＬ
ｉＮｂＯ３のようなマツチング部材１６を充填したもの
で、その他の構成は第２実施例と同様である。なお、こ
の実施例においてもマツチング部材１６に第１図の超音
波レンズ６の作用を持たせるようにする。このようにマ
ツチング部材１６を設ければ、超音波の減衰を良好に防
止することができるので、分解能をより向上させること
ができる。

なお、以上の実施例では観察光学系を側視形としたが、
これをそれぞれ直視形あるいは斜視形とすることもでき
る。その−例を第４実施例として第４図に示す。第４図
に示す超音波内視鏡１は、第２実施例において超音波プ
リズム１５の内周に光学系保持部材１７を設け、この保
持部材１７に観察光学系を構成するカバーガラス８、対
物レンズ９およびイメージガイド１１の入射＃部を保持
すると共に図示しない照明光学系を保持して、内視鏡を
直視形としたものである。

また、観察光学形はイメージガイドを用いるものに限ら
ず、ＣＯＤ等の固体撮像素子を用いたいわゆる電子スコ
ープとすることもできる。

第５図はこの発明の第５実施例を示すものである。この
実施例は、第１〜４実施例に示した超音波内視鏡ｌにお
いて、挿入先端部２に複数の超音波振動子２０を挿入軸
方向に沿って直線状に配列して成るリニアアレイ２１を
付加すると共に、このリニアアレイ２１とラジアル走査
を行う振動子アレイ３とを共通の信号ライン２２で駆動
するようにしたものである。このため、振動子アレイ３
の各超音波振動子４とリニアアレイ２１の各超音波振動
子２０とを対応する共通の信号ライン２２に接続すると
共に、振動子アレイ３のアースを共通のアースライン２
３に、リニアアレイ２１のアースを共通のアースライン
２４にそれぞれ接続して、これらアースライン２３およ
び２４をスイッチ２５により選択し得るようにする。

このようにして、共通の信号ライン２２を用い、スイッ
チ２５によってアースライン２３を選択することにより
振動子アレイ３を駆動して被検体をラジアル走査し、ま
たアースライン２４を選択することによりリニアアレイ
２１を駆動して被検体をリニア走査する。

このように、振動子アレイ３およびリニアアレイ２１の
信号ライン２２を共通にしてアースライン２３および２
４を切換え接続することにより、振動子アレイ３および
リニアアレイ２１を選択するようにすれば、信号ライン
２２が１個のアレイ分で済むので、これを独立して設け
る場合に比べ内視鏡挿入部の径を細くでき、したがって
患者の苦痛を軽減できる。なお、このように信号ライン
を共通にする技術は、後述するようにリニアアレイ２１
に代えて円環状アレイやコンベックスアレイを用いる場
合にも有効に適用できると共に、振動子アレイ３を含め
て３個以上の独立したアレイを用いる場合にも有効に適
用することができる。

以下この発明の変形例について説明する。

第６図はラジアル走査を行なう振動子アレイの構成を示
すものである。この振動子アレイ２７は外方に向けて超
音波を投射するように円環状に構成したものである。振
動子アレイ２７を構成する超音波振動子２８は、高分子
材料（例えばＰＶＤＦ）や複合圧電材料をもって円環状
に構成すると共に、アース電極３１は複数に分割してそ
の分割した各アース電極３１にそれぞれ等しい個数の信
号電極３２を対応させる。すなわち、第６図ではアース
電極３１を４分割し、その各アース電極３１に３個の信
号電極３２を対応させて、合計１２個の振動面をもって
振動子アレイ２７を構成している。各アース電極３１に
対応する信号電極３２は、３本の信号ライン３３に対応
して共通に接続し、４個のアース電極３１はスイッチ３
４を介して共通のアースライン３５に選択的に接続し得
るようにする。このようにして、共通の信号ライン３３
を用いてスイッチ３４によりアース電極３１を順次選択
して振動子アレイ２７をラジアル走査する。したがって
、この振動子アレイ２７を用いれば、各超音波振動面に
対してそれぞれ信号ラインおよびアースラインを設ける
場合に比べて駆動ライン数を極めて少なくできるので、
内視鏡挿入部の径を小さくでき、挿入にあたっての患者
の苦痛を軽減できる。

第６図に示す振動子アレイ２７は、第５図に示すリニア
アレイ２１に代えて挿入先端部２の外周に設けて用いる
ことができると共に、これを単独で用いることもできる
。また、内方に超音波を投射するように円錐環状に構成
することにより、第１〜５実施例に示した振動子アレイ
３に代えて用いることもできる。

第７図ＡおよびＢはラジアル走査を行なう振動子アレイ
の構成を示す側面図および正面図である。

この振動子アレイ３７は各超音波振動子３８をラジアル
走査方向と直交する方向において凹面状に形成したもの
である。したがって、この振動子アレイ３７によれば、
別個に超音波レンズを用いることなく、各超音波振動子
３８から投射される超音波をスライス方向に右いても集
束できるので、簡単な構成で分解能をより向上できる。

この振動子アレイ３７は、例えば第１〜５実施例におい
て内視鏡挿入先端部２の外周に設けて用いることもでき
るし、単独で用いることもできる。

第８図は第７図Ａおよび已に示した振動子アレイ３７の
使用態様の他の例を示すものである。この例では、振動
子アレイ３７を例えば伸縮可能なシリコンゴムより成る
チューブ４０内に保持し、このチューブ４０内に管４１
を介して水等の超音波伝達媒体４２を出し入れするよう
にして、振動子３７の超音波投射面と対向する部分のチ
ューブ４０の曲率を変化し得るようにしたものである。

このように構成すれば、チューブ４０の曲率を変化させ
ることにより、スライス方向において超音波の集束位置
を任意に変化させるダイナミックフォーカスを実現でき
るので、被検体の浅部および深部においても常に分解能
の高い超音波像を得ることができる。

このような構成の超音波診断装置は、例えば第１〜５実
施例において内視鏡挿入先端部２に設けることができる
と共に、特に第２図に示す構成においては、円錐環状の
超音波プリズム１５の中央部を通して挿入先端部２の前
方に突出して設けることもできる。

第９図Ａ−Ｅは各種の振動子アレイの構成を示すもので
ある。これらの振動子アレイは、超音波振動子を、セラ
ミックス棒を規則的に配列し、高分子材料を充填して複
合化した１−３型複合材料や圧電セラミックスをポーラ
スに焼成し、複合化した材料等の複合圧電材をもって構
成したもので、第９図Ａは円環状の振動子アレイ４５を
、第９図Ｂは各振動子を外方に向けて突状にした円環状
の振動子アレイ４６を、第９図Ｃは第７図ＡおよびＢと
同様に各振動子をスライス方向において集束し得るよう
に内方に向けて凹状にした円環状の振動子アレイ４７を
それぞれ示す。また、第９図りは外方に向けて超音波を
投射するコンベックスアレイ４８と内方に向けて超音波
を投射するコンベックスアレイ４９とを走査面が直交す
るように配置したパイブレン構造のもを、第９図Ｅは外
方に向けて超音波を投射するコンベックスアレイ５０と
リニアアレイ５１とを同様に走査面が直交するように配
置したパイブレン構造のものをそれぞれ示す。

このように振動子アレイを複合圧電材をもって構成すれ
ば、それが可撓性を有するので任意の形状、曲率を有す
るものを容易に製作できると共に、その電気的な人力イ
ンピーダンスを小さくできるので送信回路とのマツチン
グも容易にとることができる。

第９図Ａ−Ｅに示す振動子アレイは、例えば第１〜５実
施例において内視鏡挿入先端部２に設けることができる
と共に、特に第２図に示す構成においては第８図の場合
と同様に、円錐環状の超音波プリズム１５の中央部を通
して挿入先端部２の前方に突出して設けることもできる
。

第１０図ＡおよびＢはコンベックスアレイを用いた超音
波内視鏡を示すものである。この超音波内視鏡５５は、
内視鏡の挿入先端部５６に挿入中心軸と直交するように
内方に向けて超音波を投射するコンベックスアレイ５７
を設けると共に、このコンベックスアレイ５７からの超
音波を選択的に前方に反射させるミラー５８を挿入軸方
向に移動可能に設けたものである。挿入先端部５６には
コンベックスアレイ５７を覆うように透明な膜５９を設
けて内部に水等の超音波伝達媒体６０を収容し得るよう
にする。

また、ミラー５８は観察および照明光学系を保持する移
動体６１の先端に装着し、この移動体６１を内視鏡操作
部において操作することによりミラー５８をコンベック
スアレイ５７の超音波径路に出し入れするようにする。

このようにして、ミラー５８を通して被検体６２を内視
鏡的に直視観察するようにすると共に、ミラー５８を第
１０図Ａのようにコンベックスアレイ５７の超音波径路
から引き込むことにより挿入軸と直交する平面の超音波
像を、またミラー５８を第１０図Ｂのようにコンベック
スアレイ５７の超音波径路に挿入することにより第１０
図Ａの場合の走査面と交差する面の超音波像をそれぞれ
得るようにする。このように、この超音波内視鏡５５に
よれば、１つのコンベックスアレイ５７を用い、その超
音波径路にミラー５８を選択的に出し入れするという簡
単な構成で、互いに交差する面の超音波像を得ることが
できる。

第１０図ＡおよびＢに示す超音波内視鏡５５は第１〜５
実施例において内視鏡挿入先端部２に設けることができ
ると共に、特に第２図に示す構成においては第８図の場
合と同様に、円錐環状の超音波プリズム１５の中央部を
通して挿入先端部２の前方に突出して設けることもでき
る。また、このように第１〜５実施例に組み込んだ場合
には、移動体６１に必ずしも観察および照明光学系を設
ける必要はない。

なお、この発明は上述した例にのみ限定されるものでは
なく、幾多の変形または変更が可能である。例えば第１
１図ＡおよびＢに示すようにコンベックスアレイ６５お
よびリニアアレイ６６を用いる場合には、これを保持す
る保持部材６７および６８を機械的に回転可能として、
コンベックスアレイ６５およびリニアアレレイ６６によ
る超音波像の視野角を３６０°とすることもできる。ま
た、第１〜５実施例にふいては、振動子アレイ３からア
レイ内方でかつ先端挿入部２の前方に超音波が投射され
るように該振動子アレイ３を装着したが、第１２図Ａお
よびＢに示すように、円錐環状の超音波プリズム１５お
よびマツチング部材１６を介してアレイ内方で、かつ先
端挿入部２の後方に超音波を投射するように振動子アレ
イ３を装着することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べ艶ように、この発明によれば振動子アレイを円
錐環状に形成してその内方に向けて超音波を投射するよ
うにしたので、該超音波を対向するアレイ部分を透過さ
せることなく被検体に投射することができる。したがっ
て、超音波を不所望な減衰を生じることなく送受信でき
るので、被検体の浅部はもとより深部の観察においても
高分解能の超音波像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図は同じ
く第２実施例を示す図、 第３図は同じく第３実施例を示す図、 第４図は同じく第４実施例を示す図、 第５図は同じく第５実施例を示す図、 第６図、第７図Ａ、　Ｂ、第８図、第９図Ａ−Ｅ。 第１０図Ａ、　Ｂ、第１１図Ａ、　Ｂおよび第１２図Ａ
、　　Ｂはそれぞれこの発明の詳細な説明するための図
である。 １・・・超音波内視鏡　　　２・・・挿入先端部３・・
・振動子アレイ　　　４・・・超音波振動子訃・・ダン
パ層　　　　　６・・・超音波レンズ７・・・駆動ライ
ン　　　　８・・・カバーガラス９・・・対物レンズ　
　　　ＩＯ・・・プリズム１１・・・イメージガイド　
　１５・・・超音波プリズム１６・・・マツチング部材
　　１７・・・光学系保持部材２０・・・超音波振動子
　　　２１・・・リニアアレイ２２・・・信号ライン　
　　　２３．２４・・・アースライン２５・・・スイッ
チ 特許出願人　　オリンパス光学工業株式会社−−Ｊ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　Ｑコ第６図 第９図 Ａ　　　　　　　　Ｂ ＣＤ 区 ト 第１１図 Ａ 又−ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内視鏡の挿入先端部に複数の超音波振動子を円錐環
   状に配列してなる振動子アレイを設け、この振動子アレ
   イの一部の超音波振動子群を順次選択して、選択した超
   音波振動子群から前記振動子アレイの内方に向けて超音
   波を投射するよう構成したことを特徴とする電子ラジア
   ル型超音波内視鏡。