超声波内窥镜的制作方法
超声波内窥镜的制作方法
【专利摘要】一种超声波内窥镜，包括：硬质部（11），其设置在插入部的顶端侧；超声波探头（21），其设置于硬质部（11）并用于发送、接收超声波信号；线缆（27），其用于传输往超声波探头（21）输入的电信号或从超声波探头（21）输出的电信号；以及刚性挠性基板（24），其为了传输电信号而设在超声波探头（21）与线缆（27）之间，将层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件的一部分构成为还含有绝缘层的挠性部（25），将上述面状构件的另外一部分构成为还含有硬质层的刚性部（26）；超声波探头（21）与刚性部（26）相连接，挠性部（25）的至少一部分以包围线缆（27）与刚性挠性基板（24）之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
【专利说明】超声波内窥镜
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在插入部的顶端侧硬质部具有超声波探头的超声波内窥镜。
【背景技术】
[0002]在超声波内窥镜中，存在线型、凸面型的超声波内窥镜。安装于这些超声波内窥镜中的凸面型的超声波内窥镜的超声波探头例如配置于构成为刚性基板的电路基板(以下，称作振子基板)。
[0003]图12是表示借助刚性基板配置于以往的超声波内窥镜的顶端部的超声波探头的首1J视图。
[0004]超声波探头121成为一体设置有声透镜等的凸面型的结构，与由刚性基板构成的振子基板126电连接。该振子基板126与设置于内窥镜顶端部的最顶端的测头管壳122的基端侧相邻配置。
[0005]另外，输入到超声波探头121或从超声波探头121输出的电信号经由线缆127传输。该线缆127利用具有电磁波屏蔽功能的综合屏蔽件127a和具有绝缘性的线缆外壳覆盖件127b覆盖多条信号线128而构成。而且，线缆127在硬质部111的基端侧(x轴正方向侧)去除线缆外壳覆盖件127b和综合屏蔽件127a之后经由设置于硬质部111的贯穿孔101向振子基板126侧贯穿各条信号线128。
[0006]在这样的结构中，由于各条信号线128通过钎焊等连接于振子基板126，因此，在振子基板126上需要有如图所示的焊接的空间100A。因而，难以抑制振子基板126的图12中的高度(y轴方向的宽度)。
[0007]另外，为了进行将信号线128连接于振子基板126的操作，信号线128的长度需要有富余，而且为了在以后为了进行修理等而从设置部分取出布线状态下的振子基板126，信号线128的长度需要有富余。因而，信号线128构成得稍微长一些，如图所示需要有用于容纳信号线128的多余长度的空间100B。若使该空间100B过小，则担心将信号线128夹入其他构件中，因此不得不确保一定程度的大小。因而，难以使用于容纳超声波探头121的空间的大小进一步小型化。
[0008]而且，由于各条信号线128在贯穿孔101内去除了具有绝缘性的线缆外壳覆盖件127b，因此为了确保电气安全上所需的规定水平的信号线128的绝缘性(耐电压性)，例如将由聚酰亚胺管等构成的另外的绝缘构件100 C配置在贯穿孔101内，并将各条信号线128配置在该绝缘构件100 C内。但是，即使在该情况下，也需要用于配置另一构件的空间，难以实现硬质部111的进一步细径化，并且元件费用高涨。
[0009]此外，在该连接构造中，由于产生了去除综合屏蔽件后的部分，因此该部分的屏蔽效果降低。因而，考虑到为了强化屏蔽而期望追加覆盖信号线的屏蔽构件，但是在该情况下，需要进一步设置用于容纳屏蔽构件的空间，内窥镜插入部的顶端部外径变得更粗。由于在含有超声波内窥镜的整个内窥镜领域中总是要求内窥镜顶端部的细径化，因此若要以尽可能地不使顶端部外径变粗的方式追加屏蔽构件，则这次使顶端部的空间的富余消失，组装操作变得极其复杂。
[0010]另外，也提出了进一步设置挠性印刷电路板、并将线缆连接于挠性印刷电路板的结构来取代如上所述的、将用于传输输入到超声波探头或从超声波探头输出的电信号的线缆连接于由刚性基板构成的振子基板的结构。
[0011]例如，在日本特开2005 - 218519号公报的图1、图4等中记载有，在凸面型的超声波内窥镜中，以连设于插入部(2a)顶端的超声波振子单元(20 )的方式设有硬质部(9 )和弯曲部(10)，以及，超声波振子单元(20)构成为，将超声波收发部(21)电连接于硬质基板
(35),并借助挠性印刷电路板(33)将超声波收发部(21)进一步电连接于信号线缆束(29)。此外，在日本特开2005 - 218519号公报中记载有，折叠挠性印刷电路板(33)，为了使挠性印刷电路板(33)的各个电极部(33b)与信号线缆束(29)的各个信号芯线(29a)之间的连接部分不暴露于外部而对连接部分进行保护。
[0012]为了能够使挠性印刷电路板的形状发生变化，在上述公报中进行了折叠，但是作为其他形状变化例可列举日本特开2003 - 102732号公报。在日本特开2003 — 102732号公报的图1等中记载有一种超声波探头(10)，其包括将多个超声波振动元件(30)沿圆周方向排列而成的径向电子扫描用的超声波转换器(20)。该超声波探头(10)贯穿内窥镜(I)的处理器具贯穿通道(6)内而进行使用，但是由于超声波转换器(20)的直径比处理器具贯穿通道(6)的直径大，因此使在顶端侧设有超声波转换器(20)的挠性线(22)的基端侧贯穿于处理器具贯穿通道(6)。并记载有，此时，如图2、图3等所示，挠性基板(33)在倾斜方向上连设于挠性线(22)的基端侧，并贯穿于内窥镜(I)的处理器具贯穿通道(6)内，为此，呈螺旋状卷绕该挠性基板(33 )而使其成为筒状，并插入到鞘构件(38 )内。在贯穿了处理器具贯穿通道(6 )之后，卸下鞘构件(38 )，挠性基板(33 )展开并借助中继部件(13 )与超声波观测装置(11)相连接。
[0013]另外，提出了一种将刚性基板与挠性基板一体化而成的刚性挠性基板，作为其结构例，可列举日本特开2010 — 16076号公报。在日本特开2010 — 16076号公报中记载有一种多层刚性挠性印刷电路板，其在挠性印刷电路板部(I)的两端具有刚性部(2A)和(2B)。该多层刚性挠性印刷电路板如图2、图3所示，是包括导电性的外涂层(3)、银浆层(4)、通过蚀刻形成图案并作为信号线、GND图案发挥作用的铜箔(6)、聚酰亚胺层(7)以及覆盖层(8)的层叠构造。而且，该各个层中的、导电性的外涂层(3)和银浆层(4)基于EMC (电磁环境适应性；Electro_Magnetic Compatibility)的观点而设置,作为屏蔽件发挥作用。
[0014]图13是表示使用了以往的刚性挠性基板的超声波探头的基板连接构造的图。
[0015]超声波探头121与刚性挠性基板124的由刚性基板构成的振子基板126相连接。从该振子基板126向基端侧延伸设置有挠性基板部125，在挠性基板部125的基端设有线缆连接部125a。而且，线缆127的各条信号线128通过焊接等与该线缆连接部125a相连接。
[0016]如果利用这样的结构，则与图12所示的现有技术相比，能够抑制振子基板126的高度，进而能够实现内窥镜顶端部的设有超声波探头的部分的细径化。而且，由于能够在离开超声波探头121的、基端侧的线缆连接部125a处进行各条信号线128的连接，因此也能够确保布线时的操作空间。但是，考虑到仅靠这些无法以较高的水平确保延长的挠性基板部125的绝缘性、屏蔽性，需要配置另外的绝缘构件、屏蔽构件。
[0017]如上所述，在如图12所示的、仅借助刚性基板连接超声波探头与线缆的情况下，难以抑制基板高度，需要将信号线容纳空间设置在刚性基板附近，也必须配置绝缘构件，难以实现内窥镜顶端部的细径化。[0018]另外，考虑到在如日本特开2005 - 218519号公报所记载的构造中，想与硬质基板相匹配地容纳折叠后的挠性印刷电路板，结果是，无法抑制硬质基板的高度(若要不与硬质基板相匹配地容纳折叠后的挠性印刷电路板，则需要更大的空间)。另外，在日本特开2005 - 218519号公报完全没有记载电磁屏蔽。
[0019]另一方面，日本特开2003 - 102732号公报所记载的挠性基板是设置于线缆的基端侧的挠性基板，不是用于连接超声波转换器与挠性线之间的挠性基板。
[0020]而且，在如图13所示的、使用了刚性挠性基板的以往的超声波探头的基板连接构造中，虽然能够抑制基板高度，但是为了确保绝缘性、屏蔽性，依然难以实现内窥镜顶端部的细径化，而且组装的操作性也不能说是较高。
【发明内容】
[0021]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够抑制用于连接超声波探头的基板高度、能够确保绝缘性同时实现顶端部的细径化的、组装较容易的超声波内窥镜。
[0022]本发明的一技术方案的超声波内窥镜包括:插入部，其能够向观察部位插入，且在该插入部的顶端侧设有硬质部；超声波探头，其设置于上述硬质部，且具有多个用于发送、接收超声波信号的超声波振动元件；线缆，其用于传输往上述超声波探头输入的电信号或从上述超声波探头输出的电信号；以及刚性挠性基板，其为了传输上述电信号而设在上述超声波探头与上述线缆之间，构成为层叠了包括布线层在内的多个层而成的面状构件，通过将上述面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将上述面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而该刚性挠性基板包括仅由挠性基板构成的挠性部和设有刚性基板的刚性部；上述超声波探头与上述刚性部相连接，上述挠性部的至少一部分以包围上述线缆与上述刚性挠性基板之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的实施方式I中的、含有超声波内窥镜的超声波内窥镜诊断装置的结构的图。
[0024]图2是表示在上述实施方式I中与超声波探头相连接的刚性挠性基板的层叠构造的概要的图。
[0025]图3是表示在上述实施方式I中将线缆连接于刚性挠性基板的挠性部的例子的图。
[0026]图4是表示在上述实施方式I中挠性部的容纳于硬质部时的形状的图。
[0027]图5是用于说明在上述实施方式I中挠性部自身的尺寸与呈螺旋状配置后的尺寸之间的关系的线图。
[0028]图6是表示在本发明的实施方式2中刚性挠性基板中的挠性部的结构的图。
[0029]图7是表示在上述实施方式2中挠性部的容纳于硬质部时的形状的图。
[0030]图8是表示在本发明的实施方式3中设置于刚性挠性基板的分支挠性部的结构的图。
[0031]图9是表示在上述实施方式3中刚性挠性基板的容纳于硬质部时的形状的图。
[0032]图10是表示在本发明的实施方式4中设置于刚性挠性基板的分支挠性部的结构的图。
[0033]图11是表示在上述实施方式4中刚性挠性基板的容纳于硬质部时的形状的图。
[0034]图12是表示借助刚性基板配置于以往的超声波内窥镜的顶端部的超声波探头的首1J视图。
[0035]图13是表示使用了以往的刚性挠性基板的超声波探头的基板连接构造的图。【具体实施方式】
[0036]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0037][实施方式I]
[0038]图1~图5是表不本发明的实施方式I的图，图1是表不含有超声波内窥镜的超声波内窥镜诊断装置的结构的图。
[0039]如图1所示，超声波内窥镜诊断装置I包括:超声波内窥镜2，其在向体腔内插入的插入部2a的顶端部具有超声波探头21 ;光源装置3，其向内置于该超声波内窥镜2的照明光学系统供给照明光；超声波观测装置4，其生成向超声波探头21供给的超声波驱动信号并且进行对从利用超声波探头21接收到的超声波获得的信号的处理等；以及显示装置4a，其接收由该超声波观测装置4生成并输出的图像信号并显示超声波诊断图像。
[0040]超声波内窥镜2与光源装置3借助设置于通用线5的基端的内窥镜连接器6以装卸自如的方式相连接。另外，超声波内窥镜2与超声波观测装置4借助设置于超声波线7的基端的超声波连接器8以装卸自如的方式相连接。
[0041]超声波内窥镜2包括形成为细长形状并向体腔内插入的插入部2a、连设于该插入部2a的基端侧的操作部2b、连设于该操作部2b的基端侧的中继部2c以及连设于该中继部2c的基端侧的目镜部2d。而且，从操作部2b的侧部延伸出上述通用线5，从中继部2c的侧部延伸出上述超声波线7。
[0042]插入部2a能够向观察部位插入，且在顶端侧具有硬质部11。该硬质部11的主体由耐药品性、生物适应性及绝缘性优异的树脂材料、例如聚砜、聚乙基醚酮等形成。而且，在硬质部11中，在最顶端设有测头管壳22，在该测头管壳22的基端侧连设有超声波探头21。
[0043]在该硬质部11的基端侧连设有例如能够向上下左右方向弯曲的弯曲部12。而且，在该弯曲部12的基端侧与操作部2b的顶端侧之间配置有较长且具有挠性的细径的挠性部13。
[0044]在操作部2b上设有用于进行使弯曲部12向期望的方向弯曲的弯曲操作的角度旋钮14、用于进行送气和送水操作的送气送水按钮15、用于进行吸引操作的吸引按钮16、以及用于将处理器具等导入体腔内的处理器具插入口 17等。
[0045]接着，图2是表示与超声波探头21相连接的刚性挠性基板24的层叠构造的概要的图。
[0046]刚性挠性基板24包括具有作为挠性基板的构造的挠性部25和具有作为刚性基板的构造的刚性部26。[0047]首先，超声波探头21与刚性挠性基板24中的刚性部26相连接。该超声波探头21一体构成超声波振动元件组和声透镜，该超声波振动元件组是排列多个夹在电极之间的压电元件(压电式)或空隙(静电电容式)而构成的，该声透镜对从该超声波振动元件组发出或由该超声波振动元件组接收的超声波信号赋予方向性。
[0048]挠性部25成为在例如由聚酰亚胺等构成并具有绝缘性的基底层31形成布线层32和屏蔽层33、并进一步分别在布线层32的外侧形成绝缘层34、在屏蔽层33的外侧形成绝缘层35而成的层叠构造，该布线层32形成有由铜箔形成的布线图案，该屏蔽层33具有屏蔽电磁波的功能。在此，布线层32到达刚性部26的内部。而且，至少屏蔽层33经由刚性部26的内部到达顶端面，并与超声波探头21热连接。因而，屏蔽层33具有用于传递在发送接收超声波时从超声波探头21产生的热量的功能，能够有助于超声波探头21的冷却。
[0049]刚性部26是在如上所述的层叠构造的例如两面进一步形成作为硬质层的玻璃环氧基板36、37并成为硬质的基板构造的构件。在玻璃环氧基板36、37上也形成有布线图案，玻璃环氧基板36、37上的布线图案与挠性部25的布线层32的布线图案例如通过形成通路(厚度方向的通孔等)而相连接，但是这些是普通结构，因此省略图示、详细说明。
[0050]这样，刚性挠性基板24构成为层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件，通过将面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而刚性挠性基板24包括仅由挠性基板构成的挠性部25和设有刚性基板的刚性部26。
[0051]另外，上述刚性挠性基板24的构造是单纯的一个例子，当然也可以采用其他任意结构的刚性挠性基板。
[0052]图3是表示将线缆27连接于刚性挠性基板24的挠性部25的例子的图。
[0053]线缆27是用于传输输入到超声波探头21或从超声波探头21输出的电信号的构件。该线缆27利用具有电磁波屏蔽功能的综合屏蔽件27a (参照图10、图11等)、具有绝缘性的线缆外壳覆盖件27b覆盖多条信号线28而构成。在此，综合屏蔽件27a接地。
[0054]另外，挠性部25从连接有超声波探头21的刚性部26朝向基端侧例如呈带状延伸设置。而且，在进行布线连接时，首先，通过去除线缆27的顶端侧的线缆外壳覆盖件27b和综合屏蔽件27a，从而使信号线28暴露于未被覆盖部分。接着，通过钎焊等将暴露的信号线28电连接于形成在挠性部25的布线层32上的电触点，从而构成布线连接部。此时，上述屏蔽层33与多条信号线28中的、接地的信号线28相连接。因而，从超声波探头21产生并在屏蔽层33中传递的热量和由被屏蔽层33遮蔽的电磁波所产生的电流等从接地的信号线28进行传递。
[0055]这样，刚性挠性基板24为了传输电信号而设在超声波探头21与线缆27之间。
[0056]而且，由于能够在沿着挠性部25的长度方向的多个部位进行多条信号线28与挠性部25之间的连接，因此连接操作较容易，而且也不必使挠性部25的带状的宽度变大。
[0057]如此连接有多条信号线28的挠性部25在容纳于硬质部11内的贯穿孔等时变形为如图4所示的形状。图4是表示挠性部25的容纳于硬质部11时的形状的图。
[0058]即，挠性部25的至少一部分(在图4所示的例子中，自刚性部26延伸设置的带状部分的、除靠近刚性部26的顶端侧以外的大部分)以包围线缆27与挠性部25之间的上述布线连接部的方式呈螺旋状(螺旋)配置。该挠性部25的螺旋状部分进一步卷绕于线缆27的顶端侧的未被覆盖部分，以也包围该未被覆盖部分的方式进行配置。此时，为了阻止卷绕部分开卷，考虑例如使用粘接剂将挠性部25的基端侧固定于线缆27的顶端侧(但是，防止开卷的结构并不限于此)。
[0059]而且，变形为如图4所示的形状的刚性挠性基板24仅配置在硬质部11内，未配置在弯曲部12内。由于弯曲部12如上所述是沿上下左右自由弯曲的部位，因此若在弯曲部12内配置刚性挠性基板24，则在弯曲时会施加有弯折负荷(应力)而使成为螺旋状的挠性部25变形。由于在成为螺旋状的挠性部25内容纳有布线连接部，因此若长时间地施加朝向各个方向的这样的变形，则基于耐久性的观点考虑并不理想。因此，将刚性挠性基板24仅配置在硬质部11内。
[0060]接下来，参照图5说明以恒定的间距呈螺旋状配置挠性部25时的尺寸的详细内容等。图5是用于说明挠性部25自身的尺寸与呈螺旋状配置后的尺寸之间的关系的线图。
[0061]首先，将挠性部25的、成为呈螺旋状配置的对象的带状部分的长度设为F，将宽度设为H。另外，将呈螺旋状配置后的筒的半径(螺旋半径)设为R，将长度(螺旋长度)设为L，将螺旋状的卷绕圈数设为N。而且，以呈螺旋状配置后的筒的中心轴线与图5中的水平轴线平行的方式卷绕挠性部25。此时，可以认为图5是呈螺旋状配置的挠性部25的展开图。而且，图5所示的Θ是挠性部25的带状的长度方向相对于筒的中心轴线所成的倾斜角度。
[0062]首先，若在某一半径R下减少卷绕圈数N，或者将倾斜角度Θ设为接近90°的角度，则有可能在呈螺旋状配置的带状的挠性部25彼此之间产生间隙。这样的间隙基于绝缘性和屏蔽性的观点考虑 并不优选。因此，首先，求出用于无法产生间隙的条件。该条件作为将挠性部25卷绕I圈时的筒长度2 Rtan Θ为筒的中心轴线方向上的挠性部25的宽度H/cos Θ以下的条件而被求出，成为以下数学式I。
[0063][数I]
[0064]2 Ti Rtan Θ ^ H/cos Θ
[0065]在此，在倾斜角度Θ中，下面的数学式2的关系成立。
[0066][数2]
[0067]sin Θ = L/F
[0068]因而，若使用数学式2将数学式I变形为针对螺旋长度L的条件式，则如下面的数学式3所示。
[0069][数3]
[0070]L ( HF/2 31 R
[0071]该数学式3的分子HF是挠性部25的成为呈螺旋状配置的对象的带状部分的面积。另外，数学式3的分母2JIR是呈螺旋状配置后的筒的外周长(螺旋外周长)。因而，数学式3如果进行几次变形，则能够大致表现为如下面的数学式4所示。
[0072][数4]
[0073]LX (螺旋外周长)=(螺旋面积)<(挠性部面积)
[0074]即可知，为了使呈螺旋状配置后的筒的周面的面积(螺旋面积)不超过挠性部25的面积，需要设定螺旋长度L。
[0075]接着，呈螺旋状配置后的筒的长度L需要成为根据硬质部11的长度而在设计上要求的某一长度(将该长度设为L0)。考虑用于将呈螺旋状配置后的筒的长度L设为该长度LO的卷绕圈数N。首先，由于卷绕圈数N达到最大的情况是在Θ =0°时，因此卷绕圈数N的取值范围如下面的数学式5所示。
[0076][数5]
[0077]O≤N ≤F/2π R
[0078]在此，由于N = O时不能说是螺旋状的配置，因此排除。
[0079]在该数学式5所示的条件下，如果对于图5所示的使L = LO时的三角形应用勾股定理，则对于卷绕圈数N，下面的数学式6成立。
[0080][数6]
[0081]
【权利要求】
1.一种超声波内窥镜，其特征在于，包括: 插入部，其能够向观察部位插入，且在该插入部的顶端侧设有硬质部； 超声波探头，其设置于上述硬质部，且具有多个用于发送、接收超声波信号的超声波振动元件； 线缆，其用于传输往上述超声波探头输入的电信号或从上述超声波探头输出的电信号；以及 刚性挠性基板，其为了传输上述电信号而设在上述超声波探头与上述线缆之间，构成为层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件，通过将上述面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将上述面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而该刚性挠性基板包括仅由挠性基板构成的挠性部和设有刚性基板的刚性部； 上述超声波探头与上述刚性部相连接， 上述挠性部的至少一部分以包围上述线缆与上述刚性挠性基板之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
2.根据权利要求1所述的超声波内窥镜， 其特征在于， 上述多个层还含有屏蔽层。
3.根据权利要求2所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述挠性部的至少一部分以进一步包围上述线缆的顶端侧的未被覆盖部分的方式呈螺旋状配置。
4.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述线缆与上述挠性部相连接， 上述挠性部的至少一部分卷绕于上述线缆的顶端侧的上述未被覆盖部分。
5.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述刚性挠性基板分支为多个，至少I个分支是作为上述挠性部的至少一部分的分支挠性部， 上述分支挠性部卷绕于上述布线连接部和上述线缆的顶端侧的上述未被覆盖部分。
6.根据权利要求5所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述线缆具有用于综合屏蔽多条信号线的综合屏蔽件， 上述分支挠性部自比上述布线连接部靠上述超声波探头侧的位置分支，在端部具有与上述屏蔽层相导通的电连接部， 上述电连接部与上述综合屏蔽件电连接。
7.根据权利要求6所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述屏蔽层与上述超声波探头热连接，且具有用于传递从上述超声波探头产生的热量的功能。
8.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述插入部具有连设于上述硬质部的基端侧的能够弯曲的弯曲部， 上述刚性挠性基板仅配置在上述硬质部内。
【文档编号】A61B8/12GK103648404SQ201380001885
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】小川知辉, 仁科研一 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
【专利摘要】一种超声波内窥镜，包括：硬质部（11），其设置在插入部的顶端侧；超声波探头（21），其设置于硬质部（11）并用于发送、接收超声波信号；线缆（27），其用于传输往超声波探头（21）输入的电信号或从超声波探头（21）输出的电信号；以及刚性挠性基板（24），其为了传输电信号而设在超声波探头（21）与线缆（27）之间，将层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件的一部分构成为还含有绝缘层的挠性部（25），将上述面状构件的另外一部分构成为还含有硬质层的刚性部（26）；超声波探头（21）与刚性部（26）相连接，挠性部（25）的至少一部分以包围线缆（27）与刚性挠性基板（24）之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
【专利说明】超声波内窥镜
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在插入部的顶端侧硬质部具有超声波探头的超声波内窥镜。
【背景技术】
[0002]在超声波内窥镜中，存在线型、凸面型的超声波内窥镜。安装于这些超声波内窥镜中的凸面型的超声波内窥镜的超声波探头例如配置于构成为刚性基板的电路基板(以下，称作振子基板)。
[0003]图12是表示借助刚性基板配置于以往的超声波内窥镜的顶端部的超声波探头的首1J视图。
[0004]超声波探头121成为一体设置有声透镜等的凸面型的结构，与由刚性基板构成的振子基板126电连接。该振子基板126与设置于内窥镜顶端部的最顶端的测头管壳122的基端侧相邻配置。
[0005]另外，输入到超声波探头121或从超声波探头121输出的电信号经由线缆127传输。该线缆127利用具有电磁波屏蔽功能的综合屏蔽件127a和具有绝缘性的线缆外壳覆盖件127b覆盖多条信号线128而构成。而且，线缆127在硬质部111的基端侧(x轴正方向侧)去除线缆外壳覆盖件127b和综合屏蔽件127a之后经由设置于硬质部111的贯穿孔101向振子基板126侧贯穿各条信号线128。
[0006]在这样的结构中，由于各条信号线128通过钎焊等连接于振子基板126，因此，在振子基板126上需要有如图所示的焊接的空间100A。因而，难以抑制振子基板126的图12中的高度(y轴方向的宽度)。
[0007]另外，为了进行将信号线128连接于振子基板126的操作，信号线128的长度需要有富余，而且为了在以后为了进行修理等而从设置部分取出布线状态下的振子基板126，信号线128的长度需要有富余。因而，信号线128构成得稍微长一些，如图所示需要有用于容纳信号线128的多余长度的空间100B。若使该空间100B过小，则担心将信号线128夹入其他构件中，因此不得不确保一定程度的大小。因而，难以使用于容纳超声波探头121的空间的大小进一步小型化。
[0008]而且，由于各条信号线128在贯穿孔101内去除了具有绝缘性的线缆外壳覆盖件127b，因此为了确保电气安全上所需的规定水平的信号线128的绝缘性(耐电压性)，例如将由聚酰亚胺管等构成的另外的绝缘构件100 C配置在贯穿孔101内，并将各条信号线128配置在该绝缘构件100 C内。但是，即使在该情况下，也需要用于配置另一构件的空间，难以实现硬质部111的进一步细径化，并且元件费用高涨。
[0009]此外，在该连接构造中，由于产生了去除综合屏蔽件后的部分，因此该部分的屏蔽效果降低。因而，考虑到为了强化屏蔽而期望追加覆盖信号线的屏蔽构件，但是在该情况下，需要进一步设置用于容纳屏蔽构件的空间，内窥镜插入部的顶端部外径变得更粗。由于在含有超声波内窥镜的整个内窥镜领域中总是要求内窥镜顶端部的细径化，因此若要以尽可能地不使顶端部外径变粗的方式追加屏蔽构件，则这次使顶端部的空间的富余消失，组装操作变得极其复杂。
[0010]另外，也提出了进一步设置挠性印刷电路板、并将线缆连接于挠性印刷电路板的结构来取代如上所述的、将用于传输输入到超声波探头或从超声波探头输出的电信号的线缆连接于由刚性基板构成的振子基板的结构。
[0011]例如，在日本特开2005 - 218519号公报的图1、图4等中记载有，在凸面型的超声波内窥镜中，以连设于插入部(2a)顶端的超声波振子单元(20 )的方式设有硬质部(9 )和弯曲部(10)，以及，超声波振子单元(20)构成为，将超声波收发部(21)电连接于硬质基板
(35),并借助挠性印刷电路板(33)将超声波收发部(21)进一步电连接于信号线缆束(29)。此外，在日本特开2005 - 218519号公报中记载有，折叠挠性印刷电路板(33)，为了使挠性印刷电路板(33)的各个电极部(33b)与信号线缆束(29)的各个信号芯线(29a)之间的连接部分不暴露于外部而对连接部分进行保护。
[0012]为了能够使挠性印刷电路板的形状发生变化，在上述公报中进行了折叠，但是作为其他形状变化例可列举日本特开2003 - 102732号公报。在日本特开2003 — 102732号公报的图1等中记载有一种超声波探头(10)，其包括将多个超声波振动元件(30)沿圆周方向排列而成的径向电子扫描用的超声波转换器(20)。该超声波探头(10)贯穿内窥镜(I)的处理器具贯穿通道(6)内而进行使用，但是由于超声波转换器(20)的直径比处理器具贯穿通道(6)的直径大，因此使在顶端侧设有超声波转换器(20)的挠性线(22)的基端侧贯穿于处理器具贯穿通道(6)。并记载有，此时，如图2、图3等所示，挠性基板(33)在倾斜方向上连设于挠性线(22)的基端侧，并贯穿于内窥镜(I)的处理器具贯穿通道(6)内，为此，呈螺旋状卷绕该挠性基板(33 )而使其成为筒状，并插入到鞘构件(38 )内。在贯穿了处理器具贯穿通道(6 )之后，卸下鞘构件(38 )，挠性基板(33 )展开并借助中继部件(13 )与超声波观测装置(11)相连接。
[0013]另外，提出了一种将刚性基板与挠性基板一体化而成的刚性挠性基板，作为其结构例，可列举日本特开2010 — 16076号公报。在日本特开2010 — 16076号公报中记载有一种多层刚性挠性印刷电路板，其在挠性印刷电路板部(I)的两端具有刚性部(2A)和(2B)。该多层刚性挠性印刷电路板如图2、图3所示，是包括导电性的外涂层(3)、银浆层(4)、通过蚀刻形成图案并作为信号线、GND图案发挥作用的铜箔(6)、聚酰亚胺层(7)以及覆盖层(8)的层叠构造。而且，该各个层中的、导电性的外涂层(3)和银浆层(4)基于EMC (电磁环境适应性；Electro_Magnetic Compatibility)的观点而设置,作为屏蔽件发挥作用。
[0014]图13是表示使用了以往的刚性挠性基板的超声波探头的基板连接构造的图。
[0015]超声波探头121与刚性挠性基板124的由刚性基板构成的振子基板126相连接。从该振子基板126向基端侧延伸设置有挠性基板部125，在挠性基板部125的基端设有线缆连接部125a。而且，线缆127的各条信号线128通过焊接等与该线缆连接部125a相连接。
[0016]如果利用这样的结构，则与图12所示的现有技术相比，能够抑制振子基板126的高度，进而能够实现内窥镜顶端部的设有超声波探头的部分的细径化。而且，由于能够在离开超声波探头121的、基端侧的线缆连接部125a处进行各条信号线128的连接，因此也能够确保布线时的操作空间。但是，考虑到仅靠这些无法以较高的水平确保延长的挠性基板部125的绝缘性、屏蔽性，需要配置另外的绝缘构件、屏蔽构件。
[0017]如上所述，在如图12所示的、仅借助刚性基板连接超声波探头与线缆的情况下，难以抑制基板高度，需要将信号线容纳空间设置在刚性基板附近，也必须配置绝缘构件，难以实现内窥镜顶端部的细径化。[0018]另外，考虑到在如日本特开2005 - 218519号公报所记载的构造中，想与硬质基板相匹配地容纳折叠后的挠性印刷电路板，结果是，无法抑制硬质基板的高度(若要不与硬质基板相匹配地容纳折叠后的挠性印刷电路板，则需要更大的空间)。另外，在日本特开2005 - 218519号公报完全没有记载电磁屏蔽。
[0019]另一方面，日本特开2003 - 102732号公报所记载的挠性基板是设置于线缆的基端侧的挠性基板，不是用于连接超声波转换器与挠性线之间的挠性基板。
[0020]而且，在如图13所示的、使用了刚性挠性基板的以往的超声波探头的基板连接构造中，虽然能够抑制基板高度，但是为了确保绝缘性、屏蔽性，依然难以实现内窥镜顶端部的细径化，而且组装的操作性也不能说是较高。
【发明内容】
[0021]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够抑制用于连接超声波探头的基板高度、能够确保绝缘性同时实现顶端部的细径化的、组装较容易的超声波内窥镜。
[0022]本发明的一技术方案的超声波内窥镜包括:插入部，其能够向观察部位插入，且在该插入部的顶端侧设有硬质部；超声波探头，其设置于上述硬质部，且具有多个用于发送、接收超声波信号的超声波振动元件；线缆，其用于传输往上述超声波探头输入的电信号或从上述超声波探头输出的电信号；以及刚性挠性基板，其为了传输上述电信号而设在上述超声波探头与上述线缆之间，构成为层叠了包括布线层在内的多个层而成的面状构件，通过将上述面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将上述面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而该刚性挠性基板包括仅由挠性基板构成的挠性部和设有刚性基板的刚性部；上述超声波探头与上述刚性部相连接，上述挠性部的至少一部分以包围上述线缆与上述刚性挠性基板之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的实施方式I中的、含有超声波内窥镜的超声波内窥镜诊断装置的结构的图。
[0024]图2是表示在上述实施方式I中与超声波探头相连接的刚性挠性基板的层叠构造的概要的图。
[0025]图3是表示在上述实施方式I中将线缆连接于刚性挠性基板的挠性部的例子的图。
[0026]图4是表示在上述实施方式I中挠性部的容纳于硬质部时的形状的图。
[0027]图5是用于说明在上述实施方式I中挠性部自身的尺寸与呈螺旋状配置后的尺寸之间的关系的线图。
[0028]图6是表示在本发明的实施方式2中刚性挠性基板中的挠性部的结构的图。
[0029]图7是表示在上述实施方式2中挠性部的容纳于硬质部时的形状的图。
[0030]图8是表示在本发明的实施方式3中设置于刚性挠性基板的分支挠性部的结构的图。
[0031]图9是表示在上述实施方式3中刚性挠性基板的容纳于硬质部时的形状的图。
[0032]图10是表示在本发明的实施方式4中设置于刚性挠性基板的分支挠性部的结构的图。
[0033]图11是表示在上述实施方式4中刚性挠性基板的容纳于硬质部时的形状的图。
[0034]图12是表示借助刚性基板配置于以往的超声波内窥镜的顶端部的超声波探头的首1J视图。
[0035]图13是表示使用了以往的刚性挠性基板的超声波探头的基板连接构造的图。【具体实施方式】
[0036]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0037][实施方式I]
[0038]图1~图5是表不本发明的实施方式I的图，图1是表不含有超声波内窥镜的超声波内窥镜诊断装置的结构的图。
[0039]如图1所示，超声波内窥镜诊断装置I包括:超声波内窥镜2，其在向体腔内插入的插入部2a的顶端部具有超声波探头21 ;光源装置3，其向内置于该超声波内窥镜2的照明光学系统供给照明光；超声波观测装置4，其生成向超声波探头21供给的超声波驱动信号并且进行对从利用超声波探头21接收到的超声波获得的信号的处理等；以及显示装置4a，其接收由该超声波观测装置4生成并输出的图像信号并显示超声波诊断图像。
[0040]超声波内窥镜2与光源装置3借助设置于通用线5的基端的内窥镜连接器6以装卸自如的方式相连接。另外，超声波内窥镜2与超声波观测装置4借助设置于超声波线7的基端的超声波连接器8以装卸自如的方式相连接。
[0041]超声波内窥镜2包括形成为细长形状并向体腔内插入的插入部2a、连设于该插入部2a的基端侧的操作部2b、连设于该操作部2b的基端侧的中继部2c以及连设于该中继部2c的基端侧的目镜部2d。而且，从操作部2b的侧部延伸出上述通用线5，从中继部2c的侧部延伸出上述超声波线7。
[0042]插入部2a能够向观察部位插入，且在顶端侧具有硬质部11。该硬质部11的主体由耐药品性、生物适应性及绝缘性优异的树脂材料、例如聚砜、聚乙基醚酮等形成。而且，在硬质部11中，在最顶端设有测头管壳22，在该测头管壳22的基端侧连设有超声波探头21。
[0043]在该硬质部11的基端侧连设有例如能够向上下左右方向弯曲的弯曲部12。而且，在该弯曲部12的基端侧与操作部2b的顶端侧之间配置有较长且具有挠性的细径的挠性部13。
[0044]在操作部2b上设有用于进行使弯曲部12向期望的方向弯曲的弯曲操作的角度旋钮14、用于进行送气和送水操作的送气送水按钮15、用于进行吸引操作的吸引按钮16、以及用于将处理器具等导入体腔内的处理器具插入口 17等。
[0045]接着，图2是表示与超声波探头21相连接的刚性挠性基板24的层叠构造的概要的图。
[0046]刚性挠性基板24包括具有作为挠性基板的构造的挠性部25和具有作为刚性基板的构造的刚性部26。[0047]首先，超声波探头21与刚性挠性基板24中的刚性部26相连接。该超声波探头21一体构成超声波振动元件组和声透镜，该超声波振动元件组是排列多个夹在电极之间的压电元件(压电式)或空隙(静电电容式)而构成的，该声透镜对从该超声波振动元件组发出或由该超声波振动元件组接收的超声波信号赋予方向性。
[0048]挠性部25成为在例如由聚酰亚胺等构成并具有绝缘性的基底层31形成布线层32和屏蔽层33、并进一步分别在布线层32的外侧形成绝缘层34、在屏蔽层33的外侧形成绝缘层35而成的层叠构造，该布线层32形成有由铜箔形成的布线图案，该屏蔽层33具有屏蔽电磁波的功能。在此，布线层32到达刚性部26的内部。而且，至少屏蔽层33经由刚性部26的内部到达顶端面，并与超声波探头21热连接。因而，屏蔽层33具有用于传递在发送接收超声波时从超声波探头21产生的热量的功能，能够有助于超声波探头21的冷却。
[0049]刚性部26是在如上所述的层叠构造的例如两面进一步形成作为硬质层的玻璃环氧基板36、37并成为硬质的基板构造的构件。在玻璃环氧基板36、37上也形成有布线图案，玻璃环氧基板36、37上的布线图案与挠性部25的布线层32的布线图案例如通过形成通路(厚度方向的通孔等)而相连接，但是这些是普通结构，因此省略图示、详细说明。
[0050]这样，刚性挠性基板24构成为层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件，通过将面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而刚性挠性基板24包括仅由挠性基板构成的挠性部25和设有刚性基板的刚性部26。
[0051]另外，上述刚性挠性基板24的构造是单纯的一个例子，当然也可以采用其他任意结构的刚性挠性基板。
[0052]图3是表示将线缆27连接于刚性挠性基板24的挠性部25的例子的图。
[0053]线缆27是用于传输输入到超声波探头21或从超声波探头21输出的电信号的构件。该线缆27利用具有电磁波屏蔽功能的综合屏蔽件27a (参照图10、图11等)、具有绝缘性的线缆外壳覆盖件27b覆盖多条信号线28而构成。在此，综合屏蔽件27a接地。
[0054]另外，挠性部25从连接有超声波探头21的刚性部26朝向基端侧例如呈带状延伸设置。而且，在进行布线连接时，首先，通过去除线缆27的顶端侧的线缆外壳覆盖件27b和综合屏蔽件27a，从而使信号线28暴露于未被覆盖部分。接着，通过钎焊等将暴露的信号线28电连接于形成在挠性部25的布线层32上的电触点，从而构成布线连接部。此时，上述屏蔽层33与多条信号线28中的、接地的信号线28相连接。因而，从超声波探头21产生并在屏蔽层33中传递的热量和由被屏蔽层33遮蔽的电磁波所产生的电流等从接地的信号线28进行传递。
[0055]这样，刚性挠性基板24为了传输电信号而设在超声波探头21与线缆27之间。
[0056]而且，由于能够在沿着挠性部25的长度方向的多个部位进行多条信号线28与挠性部25之间的连接，因此连接操作较容易，而且也不必使挠性部25的带状的宽度变大。
[0057]如此连接有多条信号线28的挠性部25在容纳于硬质部11内的贯穿孔等时变形为如图4所示的形状。图4是表示挠性部25的容纳于硬质部11时的形状的图。
[0058]即，挠性部25的至少一部分(在图4所示的例子中，自刚性部26延伸设置的带状部分的、除靠近刚性部26的顶端侧以外的大部分)以包围线缆27与挠性部25之间的上述布线连接部的方式呈螺旋状(螺旋)配置。该挠性部25的螺旋状部分进一步卷绕于线缆27的顶端侧的未被覆盖部分，以也包围该未被覆盖部分的方式进行配置。此时，为了阻止卷绕部分开卷，考虑例如使用粘接剂将挠性部25的基端侧固定于线缆27的顶端侧(但是，防止开卷的结构并不限于此)。
[0059]而且，变形为如图4所示的形状的刚性挠性基板24仅配置在硬质部11内，未配置在弯曲部12内。由于弯曲部12如上所述是沿上下左右自由弯曲的部位，因此若在弯曲部12内配置刚性挠性基板24，则在弯曲时会施加有弯折负荷(应力)而使成为螺旋状的挠性部25变形。由于在成为螺旋状的挠性部25内容纳有布线连接部，因此若长时间地施加朝向各个方向的这样的变形，则基于耐久性的观点考虑并不理想。因此，将刚性挠性基板24仅配置在硬质部11内。
[0060]接下来，参照图5说明以恒定的间距呈螺旋状配置挠性部25时的尺寸的详细内容等。图5是用于说明挠性部25自身的尺寸与呈螺旋状配置后的尺寸之间的关系的线图。
[0061]首先，将挠性部25的、成为呈螺旋状配置的对象的带状部分的长度设为F，将宽度设为H。另外，将呈螺旋状配置后的筒的半径(螺旋半径)设为R，将长度(螺旋长度)设为L，将螺旋状的卷绕圈数设为N。而且，以呈螺旋状配置后的筒的中心轴线与图5中的水平轴线平行的方式卷绕挠性部25。此时，可以认为图5是呈螺旋状配置的挠性部25的展开图。而且，图5所示的Θ是挠性部25的带状的长度方向相对于筒的中心轴线所成的倾斜角度。
[0062]首先，若在某一半径R下减少卷绕圈数N，或者将倾斜角度Θ设为接近90°的角度，则有可能在呈螺旋状配置的带状的挠性部25彼此之间产生间隙。这样的间隙基于绝缘性和屏蔽性的观点考虑 并不优选。因此，首先，求出用于无法产生间隙的条件。该条件作为将挠性部25卷绕I圈时的筒长度2 Rtan Θ为筒的中心轴线方向上的挠性部25的宽度H/cos Θ以下的条件而被求出，成为以下数学式I。
[0063][数I]
[0064]2 Ti Rtan Θ ^ H/cos Θ
[0065]在此，在倾斜角度Θ中，下面的数学式2的关系成立。
[0066][数2]
[0067]sin Θ = L/F
[0068]因而，若使用数学式2将数学式I变形为针对螺旋长度L的条件式，则如下面的数学式3所示。
[0069][数3]
[0070]L ( HF/2 31 R
[0071]该数学式3的分子HF是挠性部25的成为呈螺旋状配置的对象的带状部分的面积。另外，数学式3的分母2JIR是呈螺旋状配置后的筒的外周长(螺旋外周长)。因而，数学式3如果进行几次变形，则能够大致表现为如下面的数学式4所示。
[0072][数4]
[0073]LX (螺旋外周长)=(螺旋面积)<(挠性部面积)
[0074]即可知，为了使呈螺旋状配置后的筒的周面的面积(螺旋面积)不超过挠性部25的面积，需要设定螺旋长度L。
[0075]接着，呈螺旋状配置后的筒的长度L需要成为根据硬质部11的长度而在设计上要求的某一长度(将该长度设为L0)。考虑用于将呈螺旋状配置后的筒的长度L设为该长度LO的卷绕圈数N。首先，由于卷绕圈数N达到最大的情况是在Θ =0°时，因此卷绕圈数N的取值范围如下面的数学式5所示。
[0076][数5]
[0077]O≤N ≤F/2π R
[0078]在此，由于N = O时不能说是螺旋状的配置，因此排除。
[0079]在该数学式5所示的条件下，如果对于图5所示的使L = LO时的三角形应用勾股定理，则对于卷绕圈数N，下面的数学式6成立。
[0080][数6]
[0081]
【权利要求】
1.一种超声波内窥镜，其特征在于，包括: 插入部，其能够向观察部位插入，且在该插入部的顶端侧设有硬质部； 超声波探头，其设置于上述硬质部，且具有多个用于发送、接收超声波信号的超声波振动元件； 线缆，其用于传输往上述超声波探头输入的电信号或从上述超声波探头输出的电信号；以及 刚性挠性基板，其为了传输上述电信号而设在上述超声波探头与上述线缆之间，构成为层叠了含有布线层的多个层而成的面状构件，通过将上述面状构件的一部分设为还含有绝缘层的挠性基板、将上述面状构件的另外一部分设为还含有硬质层的刚性基板，从而该刚性挠性基板包括仅由挠性基板构成的挠性部和设有刚性基板的刚性部； 上述超声波探头与上述刚性部相连接， 上述挠性部的至少一部分以包围上述线缆与上述刚性挠性基板之间的布线连接部的方式呈螺旋状配置。
2.根据权利要求1所述的超声波内窥镜， 其特征在于， 上述多个层还含有屏蔽层。
3.根据权利要求2所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述挠性部的至少一部分以进一步包围上述线缆的顶端侧的未被覆盖部分的方式呈螺旋状配置。
4.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述线缆与上述挠性部相连接， 上述挠性部的至少一部分卷绕于上述线缆的顶端侧的上述未被覆盖部分。
5.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述刚性挠性基板分支为多个，至少I个分支是作为上述挠性部的至少一部分的分支挠性部， 上述分支挠性部卷绕于上述布线连接部和上述线缆的顶端侧的上述未被覆盖部分。
6.根据权利要求5所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述线缆具有用于综合屏蔽多条信号线的综合屏蔽件， 上述分支挠性部自比上述布线连接部靠上述超声波探头侧的位置分支，在端部具有与上述屏蔽层相导通的电连接部， 上述电连接部与上述综合屏蔽件电连接。
7.根据权利要求6所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述屏蔽层与上述超声波探头热连接，且具有用于传递从上述超声波探头产生的热量的功能。
8.根据权利要求3所述的超声波内窥镜，其特征在于， 上述插入部具有连设于上述硬质部的基端侧的能够弯曲的弯曲部， 上述刚性挠性基板仅配置在上述硬质部内。
【文档编号】A61B8/12GK103648404SQ201380001885
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】小川知辉, 仁科研一 申请人:奥林巴斯医疗株式会社
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