(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列した短冊形の圧電振動子と、前記圧電振動子からの超音波送波面の反対側に配置する所定の硬さのバッキング材と、処置具を挿入するために設ける中空スペースと、を備えた電子走査式の体腔内用超音波探触子であって、前記圧電振動子とバッキング材の間に前記バッキング材よりも硬い材質であって前記中空スペースを拡げるための介在層を設けたことを特徴とする体腔内用超音波探触子。
【請求項２】
前記中空スペースは、曲率半径が１５ｍｍ以下の前記電子走査式の超音波探触子において前記圧電振動子の配列面曲率半径の５０％以上設けた構造である請求項１に記載の体腔内用超音波探触子。
【請求項３】
前記体腔内用超音波探触子内に、円形状に配置した短冊形圧電振動子列を挿抜方向に移動させるための手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の体腔内用超音波探触子。
【請求項４】
前記体腔内用超音波探触子内挿抜方向の軸中心の中空スペースに、前記体腔内用超音波探触子の位置を検出するための手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の体腔内用超音波探触子と、前記位置検出情報をもとに各位置で撮像した超音波画像を合成して３次元立体画像を描出する手段を備えたことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項５】
シート状の第１バッキング材（６）に当該第１バッキング材（６）よりも硬い介在層（５）を接着する工程と、前記介在層（５）に圧電振動子（１）、第１音響整合層（２），第２音響整合層（３）を接着し、圧電振動子（１）、第１音響整合層（２），第２音響整合層（３）及び介在層（５）を短冊状に切断すると共に、前記第１バッキング材（６）に切込みを入れ、配列振動子を形成する工程と、前記配列振動子を中空状のバッキング材（７）の外周に接着する工程と、前記第１音響整合層（２）の外周に音響レンズ（４）を接着する工程と、を含む体腔内用超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内（経食道、経直腸等）に挿入して超音波検査並びに生検を行うための超音波内視鏡に好適な体腔内用超音波探触子（以下  超音波探触子）とその製造方法及び超音波診断システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食道等の中の腫瘍を超音波検査並びに生検を行う超音波内視鏡が広く普及している。超音波内視鏡は、内視鏡のチューブの先端に超音波プローブを設けたもので、患部の位置、大きさ、色、態様を臓器の内部表面から調べるための内視鏡検査と、超音波プローブによってもたらされる患部の断面画像検査との双方が可能となっている他に、内視鏡に併設された鉗子により患部を切除することが可能となっている。
【０００３】
超音波内視鏡に設けられる超音波プローブには、大きく分類して機械走査式と電子走査式とがある。機械走査式は、例えば内視鏡の操作部内にモータを配置し、内視鏡のチューブの先端にベアリングを介して回転可能に設けられた超音波振動子をモータの駆動力で回転または揺動させるようになっている。また電子走査式は内視鏡チューブの先端に配列振動子が設けられている。
この電子走査式の超音波プローブの配列振動子のタイプには、リニアアレイタイプ、コンベックスアレイタイプ等が用いられている。
【０００４】
超音波振動子は、圧電振動子の前面に複数層のマッチング層と、配列振動子の短軸方向への超音波専用音響レンズを有するとともに、圧電振動子の背面には振動子の背面方向へ放射された超音波を吸収、減衰させるバッキング材を有している。
【０００５】
ところで、超音波内視鏡は前述のように超音波プローブの他に、内視鏡としての機能及び生検のための組織切除・採取機能を必要とされる。このため、内視鏡のチューブ内にレンズ、ミラー、光ファイバーやライトガイドや鉗子及びその操作ワイヤ等が配置される。
【０００６】
したがって、それらを配置するスペースを確保する必要があるが、従来の振動子の構造では振動子の厚みが障害となって、超音波内視鏡に用いられる振動子のタイプが前述のようなタイプに限定されていた。
【０００７】
本発明は、超音波振動子を機械的に回転させて超音波を全周方向へ走査する、いわゆるラジアルスキャンを電子スキャンで可能な超音波内視鏡用探触子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、配列した短冊形の圧電振動子と、前記圧電振動子からの超音波送波面の反対側に配置する所定の硬さのバッキング材と、処置具を挿入するために設ける中空スペースと、を備えた電子走査式の体腔内用超音波探触子であって、前記圧電振動子とバッキング材の間に前記バッキング材よりも硬い材質であって前記中空スペースを拡げるための介在層を設けたことを特徴としている。
【０００９】
また、前記中空スペースは、曲率半径が１５ｍｍ以下の前記電子走査式の超音波探触子において前記圧電振動子の配列面曲率半径の５０％以上設けた構造であることを特徴としている。
【００１０】
また、前記体腔内用超音波探触子内に、円形状に配置した短冊形圧電振動子列を挿抜方向に移動させるための手段が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、前記体腔内用超音波探触子内挿抜方向の軸中心の中空スペースに、前記体腔内用超音波探触子の位置を検出するための手段を備える体腔内用超音波探触子と、前記位置検出情報をもとに各位置で撮像した超音波画像を合成して３次元立体画像を描出する手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、シート状の第１バッキング材（６）に当該第１バッキング材（６）よりも硬い介在層（５）を接着する工程と、前記介在層（５）に圧電振動子（１）、第１音響整合層（２），第２音響整合層（３）を接着し、圧電振動子（１）、第１音響整合層（２），第２音響整合層（３）及び介在層（５）を短冊状に切断すると共に、前記第１バッキング材（６）に切込みを入れ、配列振動子を形成する工程と、前記配列振動子を中空状のバッキング材（７）の外周に接着する工程と、前記第１音響整合層（２）の外周に音響レンズ（４）を接着する工程と、を含む体腔内用超音波探触子の製造方法を備えたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、超音波内視鏡の全体図である。図１において、１００は本発明の特徴部分である先端部、２８は湾曲操作ノブ３２によって湾曲操作される湾曲部、２９は軟らかに曲がる軟性部、３０は軟性部２９の基端に順次連設された副操作部、３１は先端部１の制御等を行う主操作部、３２は湾曲部２８の湾曲操作を行う湾曲操作ノブ、３３は内視鏡の観察を行う操作者の接眼部位である接眼部、３４はニッブル（図示せず）を連結してニッブルに吸引装置を連結させて手元操作により被検体内に溜まった不要な液体を吸引する吸引操作部、３５は切換操作により空気又は水を噴射するための送気送水切換操作部、３８は光を伝播させる長尺な管状のライトガイドケーブル部、３９は電気ケーブル、４０は光源装置（図示せず）に接続するためのコネクタ、４１は電源装置（図示せず）に接続するためのコネクタ、４２は接続口である。
【００１４】
図２に先端部１の断面を示す。図２において、８は体腔内を撮影するためのＣＣＤ素子、９はＣＣＤケーブル、１０は光ファイバーまたはライトガイド、１１は鉗子等の処置具の挿入用スペースである。そして、先端部１にはこれらの収納及び保持と、位置決めのための保持部材１２が設けられ、その外側に圧電振動子素子が配列されている。本発明の特徴部分であるその配列振動子の構造を次に説明する。
【００１５】
図３は配列振動子の構造を拡大して示した図である。図３において、４は超音波ビームを振動子の配列方向と直交する方向へできるだけ細くするために振動子面から所定距離の所へ焦点を形成するための音響レンズ、２と３は圧電振動子１と被検体との間の音響インピーダンスを整合させるための第１音響整合層および第２音響整合層、１は圧電現象を利用して超音波を発生させる圧電振動子、５は後に説明するが本発明の特徴部分である介在層、６と７は圧電振動子４が背面に放射する超音波の強度を小さくするための第１バッキング材および第２バッキング材である。
【００１６】
圧電振動子４とバッキング内６の間に設けられた介在層５の材質としては、例えばエポキシ系やウレタン系の樹脂等のバッキング材よりも硬い部材から成る材質等を用いる。このことにより、やわらかいバッキング材の厚さが薄くでき、その硬い性質によって振動子をダイシングする際の安定性が増し素子の倒れ込み及びそれに伴う圧電振動子のピッチのずれを防止することができる。この結果、従来安定性を増すために必要だったバッキング材の厚さを薄くできる。具体的には曲率半径が１５mm以下の小型コンベックス走査の超音波探触子において、圧電振動子配列面曲率半径の５０％以上を中空径のスペースとして確保できるようになる。
【００１７】
また、介在層５の音響インピーダンスをバッキング材より更に小さくした。そのことによって、圧電振動子との境界面での超音波の反射する割合が更に大きくなるという利点がある。
【００１８】
また、介在層５の厚さを探触子中心周波数の約１／４波長のn倍（nは整数）で形成した。そのことによって、振動子の背面すなわち振動子のバッキング材側から発生する超音波が介在層とバッキング材との境界部で反射された後、超音波の波長の約１／２波長の整数倍の位相差が生じた反射波として振動子に戻ってくることとなる。すなわち、例えば前記nの値を２とすれば送波時においては、振動子自体が発生した超音波と介在層で反射された反射波とは同期がとれることとなる。
【００１９】
同様に受波時においても、被検体で反射された超音波は圧電振動子で電気信号に変換されると共に介在層に伝播される。ここで介在層に伝播された超音波の大部分はバッキング材へ伝播されるが、一部の超音波が振動子へ伝播され（反射され）電気信号に変換される。従って、圧電振動子に直接伝播された超音波に反射波を加えた分だけ減衰が小さく、且つ反射波に生じた位相差分だけ時間の長い超音波波形すなわち持続の時間が長い超音波波形が電気信号に変換されることとなる。
【００２０】
すなわち、送波時においても受波時においても、振動子自体の発生するあるいは振動子で電気信号に変換される超音波以外に介在層とバッキング材との間で反射する超音波が加わるので、超音波の減衰が小さくあるいは超音波波形の持続が長くなる。波の持続時間の長い方が周波数スペクトルに直した時のピーク幅が狭くなり、ドプラー計測を行う際の血流の速さによって生じる周波数の偏移がわかりやすくなり、従来より正確な血流像が得られるようになる。その結果、バッキング材の機能低下に伴う超音波像の画質低下を防止しつつ、血流速度を計測し、この血流速度に基づいて血流速像を得るのに好適な超音波装置を提供することができるようになる。
【００２１】
更に前記中空スペースを５０％以上確保できれば、その特徴を利用した種々の探触子が可能となる。次にこれを利用した第二，三の実施例を図４，図５を用い例示する。図４は超音波探触子に位置検出用センサーを搭載した実施例の説明図である。図４において、１３は小型の位置検出用のセンサー、１４は位置検出用のセンサーケーブルである。位置検出用のセンサーとしては、磁界の変位を電気信号に変換する磁気センサーや慣性力の変化量を電気信号に変換する慣性センサー（加速度センサー、ジャイロセンサー等）が考えられる。これにより探触子の位置を検出できるので、各位置での画像と位置情報をもとに３次元の超音波画像を得ることができる。
【００２２】
図５は探触子の超音波送受信部を挿入方向に移動させる機構の説明図である。図５において、１５は中空スペースにあけられた超音波送受信部を探触子挿抜方向に機械的に移動させるためのシャフト、１６はシャフト１５の根元の部分に形成されたラック、１７はラック１６と組み合わせて超音波送受信部を移動させるためのピニオン、１８はピニオン１７を回転させるためのモーター（例えばステッピングモーター等）、１９は音響の伝達を良くするための音響伝播媒体、２０は前記音響伝播媒体１９が外部に漏れないように、また音波が効率良く前方へ出す役目を果たしている音響窓、２１は体腔内探触子のハウジング先端、２２はバルーン（図示せず）内に水を充填するためのノズル、２３はバルーン内に水を充填するためのチューブ、２４は水を注水するための注水口、２５は超音波信号ケーブル、２６はモーター駆動用電源ケーブルである。これにより超音波送受信とステッピングモータによる配列振動子の移動とを交互に行うことで図３の場合と同様に、各位置での断層像をもとに３次元画像を作成することができる。
【００２３】
このような超音波（内視鏡）システムの構成例としては、図６が提案されている。５０は表示モニター、５１は超音波画像処理装置、５２は超音波観測装置、５３は３次元走査駆動ユニット、５４は３次元用超音波探触子である。
【００２４】
以上、本発明の三つの実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明の要旨は圧電振動子とバッキング材の間にバッキング材より硬い介在層を設け、そのことによってバッキング材と介在層の合わせた厚さを薄くできるので、探触子軸中心に中空のスペースを設け、そこに内視鏡等を設けるというものであるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
最後に、上記実施例の超音波探触子について、製造方法を詳述する。圧電振動子を短冊状に切断し、曲率半径１５mm以下の圧電振動子の湾曲面をもつ、コンベックス走査形電子走査式超音波探触子を実現するには、
（１）シート状の第１バッキング材６に介在層５を接着する。第１バッキング材６は圧電振動子を湾曲させるため、例えば、ゴム状やフィルム状の物質で構成されている。介在層５は、例えば、エポキシ系やウレタン系の樹脂で、硬度が第１バッキング材６より高い材料を用いる。本実施例で介在層５はエポキシ系やウレタン系の樹脂またはポリメチルペンテン等の材質等で形成すると良いが、これに限定されることはなく、第１バッキング材６よりも硬度が高い材料ならば他の材料でも良いことはいうまでもない。
（２）（１）の介在層５に、圧電振動子１及び第１，第２音響整合層２，３を接着し、圧電振動子１、第１，第２音響整合層２，３及び介在層５を短冊状に切断する。バッキング材６には、必要に応じて切込みを入れる。
（３）（２）で製作した配列振動子を中空状のバッキング材７の外周へ接着する。
（４）最後に音響レンズ４を接着する。尚、本実施例では、圧電振動子に電気信号を印加するための、信号伝達手段の説明は省略する。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、体腔内（経食道、経直腸等）に挿入して超音波検査並びに生検を行うための超音波内視鏡用探触子に関し、超音波振動子を機械的に回転させて超音波を全周方向へ走査する、いわゆるラジアルスキャンを電子スキャンで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波内視鏡の全体図。
【図２】本発明の超音波探触子の先端部を示す図。
【図３】圧電振動子配列の構造を拡大して示した図。
【図４】位置検出用センサを搭載した本発明の第二実施例の探触子先端部を示す図。
【図５】超音波送受信部を挿入方向に移動させる機構を備えた本発明の第三実施例の探触子断面図。
【図６】超音波（内視鏡）システムの一構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…圧電振動子
５…介在層
６，７…バッキング材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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