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図面 (5)

目的

信号伝送に個別の同軸ケーブルを使用することなく、操作性(可撓性)、組立作業性、小型化且つクロストークが低減可能なプローブ組立体を提供すること。

構成

プローブ組立体1aは、エッジを相互にオフセットした回路2に圧電素子等のセンサ3を接続すると共に中心導体8の周囲にヘリカル状旋回した絶縁導体4の外周をシールド7で包囲する高可撓性のケーブルに接続して構成する。

概要

背景

例えば、米国特許第5,482,047号に開示する特許されたプローブにあっては、超音波イメージプローブ組立体圧電素子回路を介して電気ケーブルの個々のワイヤに接続されている。各ワイヤは同軸ケーブルであり、プローブのプローブ組立体部と医用電子機器間でパルス反射信号伝送する。また、米国特許第5,593,388号によると、超音波イメージ用プローブ組立体の圧電素子は、可撓性プリント基板FPC)上の回路により個別に接続される。主な目的は、ある有限の大きさの超音波イメージ用プローブ組立体のイメージトランスデューサ変換器組立体の大量の信号を作り、信号の密度を増加し、よってイメージの解像度を増加することである。

概要

信号伝送に個別の同軸ケーブルを使用することなく、操作性(可撓性)、組立作業性、小型化且つクロストークが低減可能なプローブ組立体を提供すること。

プローブ組立体1aは、エッジを相互にオフセットした回路2に圧電素子等のセンサ3を接続すると共に中心導体8の周囲にヘリカル状旋回した絶縁導体4の外周をシールド7で包囲する高可撓性のケーブルに接続して構成する。

目的

従って、本発明が解決しようとする問題は、プローブの伝号伝送導体間のクロストークを導体の周囲を個別にシールドすることなく、低減することが可能なプローブ組立体を提供することである。

超音波イメージ用プローブ組立体のイメージ変換器組立体にあっては、各導体を個別シールドで包囲することなくクロストークが低減でき、プローブ組立体を大幅に小型化することが可能なプローブ組立体を提供することが好ましい。また、極めて可撓性に富み、人体医療診断モニタハンドヘルド手操作)プローブ組立体の提供が好ましい。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

マトリクス状に配置された複数のセンサと、該センサの電気信号伝送する複数の導体とを有するプローブ組立体において、前記複数の導体は、中心導体の周囲に同軸状且つヘリカル状に配置旋回された絶縁導体及び該絶縁導体を包囲するシールドより成る可撓性ケーブルであることを特徴とするプローブ組立体。

請求項2

前記可撓性ケーブルは、前記中心導体の外周に配列された複数列の絶縁導体及び前記各列の絶縁導体の外周を包囲するシールドを含む多層構造であることを特徴とする請求項1のプローブ組立体。

請求項3

前記センサは、相互にオフセットさせ前記絶縁導体を複数本並列に並べて接続した平板回路複数重ね且つオフセットさせて接続することを特徴とする請求項1又は2のプローブ組立体。

請求項4

前記センサは圧電素子であり、超音波発信/受信することを特徴とする請求項1,2又は3のプローブ組立体。

技術分野

0001

本発明はプローブ組立体、特に超音波診断構造等のイメージ伝送用プローブに好適なプローブ組立体に関する。

背景技術

0002

例えば、米国特許第5,482,047号に開示する特許されたプローブにあっては、超音波イメージ用プローブ組立体の圧電素子回路を介して電気ケーブルの個々のワイヤに接続されている。各ワイヤは同軸ケーブルであり、プローブのプローブ組立体部と医用電子機器間でパルス反射信号伝送する。また、米国特許第5,593,388号によると、超音波イメージ用プローブ組立体の圧電素子は、可撓性プリント基板FPC)上の回路により個別に接続される。主な目的は、ある有限の大きさの超音波イメージ用プローブ組立体のイメージ用トランスデューサ変換器組立体の大量の信号を作り、信号の密度を増加し、よってイメージの解像度を増加することである。

発明が解決しようとする課題

0003

従来、信号伝送導体間のクロストーク漏話)が許容レベルを超すのを阻止する為には、同軸ケーブルが必要であった。各信号伝送導体は、導電性シールドにより同軸状に包囲することにより同軸ケーブルを構成した。同軸ケーブル製造コストの主要部分は各同軸ケーブルシールドを施す時間と材料で占められている。

0004

従って、本発明が解決しようとする問題は、プローブの伝号伝送導体間のクロストークを導体の周囲を個別にシールドすることなく、低減することが可能なプローブ組立体を提供することである。

0005

超音波イメージ用プローブ組立体のイメージ変換器組立体にあっては、各導体を個別シールドで包囲することなくクロストークが低減でき、プローブ組立体を大幅に小型化することが可能なプローブ組立体を提供することが好ましい。また、極めて可撓性に富み、人体医療診断モニタハンドヘルド手操作)プローブ組立体の提供が好ましい。

課題を解決するための手段

0006

本発明のプローブ組立体は、アレイ状に配置された圧電素子等の複数のセンサと、その電気信号を伝送する複数の導体とを有し、この導体として中心導体の周囲に同軸状且つヘリカル状に配置旋回された絶縁導体及びこれを包囲するシールドより成る可撓性ケーブルであることを特徴とする。

0007

また、この可撓性ケーブルは、中心導体の周囲に複数列状に配置し、各列の絶縁導体の外周を包囲するシールドを有する多層構造とするのが好ましい。

0008

センサと導体との接続は、相互にオフセットした複数の回路板上に平坦に並べた可撓性ケーブルの絶縁導体に接続するのが好ましい。

0009

また、センサは超音波信号発信/受信する圧電素子とする超音波診断装置用プローブに好適である。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、本発明のプローブ組立体の好適実施形態の構成及び動作を添付図を参照して詳細に説明する。

0011

先ず図1は、超音波プローブ組立体1aのイメージ用トランスデューサ組立体1を示す。このトランスデューサ組立体1は、回路2を有し、圧電素子3の列を信号伝送用絶縁導体4に電気的に接続する。プローブ組立体1aは、オペレータが手で持ち操作され、イメージ用トランスデューサ組立体1を患者(又は被診断人体)の所望位置に移動される。パルス状の超音波信号がトランスデューサ組立体1に沿って医用機器に伝送される。この機器は、信号を走査して、プローピングされる患者の人体の一部分のイメージを電気的に発生させる。主なる目的は、ある制限された大きさのトランスデューサ組立体1内に多数のシーケンシャル又は位相ずれさせたアレイ状信号を生じさせてイメージの解像度を上げることである。

0012

アレイ状圧電素子3は、典型的には2.5乃至10MHzの範囲の超音波周波数を有する位相差フェーズド)を有する又はシーケンスされた電圧パルスを生じる。また、2MHz以下あるいは30MHz以上の周波数のパルスもまれではない。アレイ状圧電素子3は、例えば50×50個の合計2,500個の圧電素子が、例えば、1/2音波長である約0.1mm乃至0.3mmピッチマトリクス状に配置されたものであってもよい。

0013

圧電素子3は、各種のフィラーを含む種々の接着性エポキシ材料として開発された裏打ちバッキング)層9に取付けられる。これにより、圧電素子3間のクロストークを排除する。

0014

尚、このアレイ状圧電素子3の更なる詳細については、1996年11月3日テキサスサンアントニオでのIEEE超音波シンポジウム「2.5MHz 2−D Array with Z-AXIS Backing」のM.グリーンスタイン、P.ラム、H.ヨシダ及びM.S.セイドボロフォロシュによる技術論文に説明されているので、同論文を参照されたい。また、この裏打ち材料9の好適特性については、例えば、フレデリックW.クレカウ著 1933年フィラデルフィア州 W.B.サンダーカンパニー発行の「超音波診断(Diagnostic Ultrasound)」に解説されているので参照されたい。

0015

この圧電素子3は、典型的には高純度PZT多結晶圧電材料ウェハから作られる。電気的接続を行い、各素子電気的刺激を加えることにより機械的パルスを発生させ、この機械的刺激による反射エコーとして電気的信号が得られる。

0016

次に、図1を参照すると、裏打ち層9は、裏側10にモールドするか、1段(ステップ)以上の機械加工により得ることができる。これらステップは、圧電素子3の側部間のスペースに対応するライザ(持ち上げ部)11を有する。回路2は、上述したステップ高さを超えないように十分薄く形成され、典型的な超音波診断装置では、回路トレースフレキシブル基板(FPC)上の中心線間隔は4ミル(約0.1mm)である。例えば、これらステップは相互に高さ4ミル単位となし得る。表面に回路2を有するプリント基板は、絶縁サブストレートエッチングし、4ミルピッチの間隔で回路トレース27を形成することにより製造される。裏打ち層9は、圧電素子3に取付けられた固体層であり、個別信号チャンネルに電気的信号路を提供する。裏打ち層9は、信号チャンネルに対する音響的減衰を行う。この裏打ち層9の特定ゴールは、所定音響特性の材料に最大密度で圧電素子3を配置可能にすることである。

0017

裏打ち層9の別のゴールは、圧電素子3から裏打ち層9を介して個別信号チャンネルを確立する為の高密度電気的相互接続を行い、信号導体4に電気的に接続される音響的且つ電気的に分離した信号チャンネルのアレイ行列)を得ることである。一例によると、裏打ち層9に埋め込まれた導体14aは、絶縁導体4を介して外部電子スキャナ等の装置に接続され、これによりスキャン(走査)された信号を患者のプローブされた場所のイメージ(映像)に変換する。

0018

回路2は、例えば4ミルのピッチ間隔で回路トレース27をエッチングすることにより製造可能である。例えば一面に銅張りされた4ミル厚のポリイミドフィルム銅層フォトエッチングにより選択的に除去し、回路2のエッジ28に対してトランスバース(直交)方向に延びる列状の回路トレースを形成する。この回路トレース27は、離間する導電パッド29の列に延び、ここに絶縁された導体4の金属製中心導体5に接続される。細長グランド接地バス30が列状の導電パッド29に平行に形成されている。

0019

本発明の好適実施形態を図1を参照して説明すると、裏打ち層9は、1以上のステップでモールド又は機械加工により裏側に形成される。これらステップは相互に圧電素子3に対応する高さのインクレメント(ステップ)でライザ11により分離されている。

0020

図1を参照すると、列状圧電素子3の一部分を複数列又はアレイパターンで示し、このパターンは必ずしも圧電素子3の列と一致させる必要はない。圧電素子3は、一定又は不規則的スペースであってもよい。図示の都合上、図1ではアレイ状の圧電素子3の列全体の一部分のみを示す。裏側の裏打ち層9は、多数のライザ11で段状であり、夫々圧電素子3の列により離間している。各ライザ11は、ステップに内側にオフセットされ、前のライザ11から内側にオフセットすることにより少なくとも1列又は1つのステップ状スペース分の埋め込まれた導体14aを順次ライザ11間のステップに沿って露出させる。図1では、各ステップに沿って3列又は3つのステップ状スペース付き埋込み導体14aが露出している。

0021

図1において、各露出導体14aの列の埋込み導体は、ライザ11に延び、各ライザ11は前のライザ11から内方へオフセットされて他の埋込み導体14aのアレイを形成する多数のアレイを露出させる。プリント基板2上の回路トレース27の1列のアレイ又はステップ状スペースアレイは、埋込まれた導体14aの対応するアレイと位置合わせされ、例えば、半田付けにより対応する導体14aと電気的接続される。隣接するライザ11は、プリント基板2のエッジ28のストッパとして作用する。更に、隣接のライザ11はプリント基板2を他のプリント基板2の対応する列又はアレイ状回路トレース27に接続されるよう露出導体14aから分離している。組立体1は、各信号伝送導体4を包囲する同軸状シールドを除去することにより、寸法の小型化が可能である。

0022

従来、各同軸ケーブルは、36−60AWG(アメリカワイヤゲージ)の導体寸法まで小型化でき、更に直径0.38mm乃至0.45mmのポリテトラフルオレチレン誘電体で同軸状に包囲し、その上を44AWGの編組線で約80%包囲して導電性シールドを行っている。各同軸ケーブルのシールドは、信号伝送導体のクロストーク(漏話)を低減できるが、寸法が増加すると共にプローブ組立体1aの価格を上昇させ、且つ各々接地又はアース電位に接続する必要があった。しかし、本発明のプローブ組立体1のイメージ用変換器組立体1にあっては、信号伝送導体の高密度化且つ絶縁導体4の個別シールドをなくしてクロストークを低減できるので、小型化を改善する。

0023

図3及び図4に示す如く、各絶縁導体4は、中心導体5と、その周囲を包囲する誘電体14により構成される。これら絶縁導体4は、少なくとも1つの同心列状に配列され、各絶縁導体の列は導電性シールド7と接触し且つこれに包囲される。最初、即ち内側絶縁導体4の列は、中心軸6に沿って延びる被絶縁導体8である内部導体を同軸状に包囲する。図4に示す如く、絶縁導体4の順次外側の同軸列は、絶縁導体4の前の列と同軸状であると共にこれを包囲する。

0024

同じ列内の絶縁導体4は、包囲シールド7及び同じ列の絶縁導体4で包囲される包囲内部導体8又は7と接触し容量性結合する。同じ列の絶縁導体4は中心軸6に沿って同じ列内で横一列にヘリカル状に延び包囲シールド7及び包囲される内部導体8又は7と接触し容量結合する。このことは、変換器組立体1の操作により種々の方向に撓めて患者の所望位置に移動しても、絶縁導体4は上述の関係を維持することを意味する。図4に示す如く、可撓性に富む外部ジャケットは、導体4の最も外側列と接触するシールド7を包囲する。

0025

上述の操作を容易に行う為の可撓性を得る為に、導体4はヘリカル螺旋)状に延び且つ同じ列内では相互に圧縮されず、包囲シールド7に対しても圧縮せず、しかも被包囲導体8又は7に対しても圧縮はしない。

0026

図4は、多数同軸列の導体4を有する変換器(トランスデューサ)組立体1のケーブルを示す。各導体列は内部導体8又は7を包囲する。また、各列の導体4は、導電性シールド7により包囲される。

0027

中心導体8は、耐張力部材であり、これにより各絶縁導体4が高張力を有する必要性を排除する。耐張力性金属合金は、低張力性金属合金より高価である。従って、絶縁導体4は安価な低張力金属合金性あることを可とする。

0028

従って、各実施形態例は、少なくとも1列の導体4を有し、各列の導体4は導電性シールド7で包囲される。各列の導体4は、対応する包囲シールド7と同軸状であり、且つ各列は、中心導体8又はシールド7の1つより成る対応する内部導体8,7を同軸状に包囲する。

0029

各実施形態例において、少なくとも1本の非絶縁導体15が同じ対応する絶縁導体4の列内にあってもよい。更に、同じ列内の絶縁導体4及び各非絶縁導体15は、包囲導電性シールド7内に包囲されている。

0030

同じ列内の導体4はすべて、相互に圧縮されず、ケーブルを種々の方向に撓めた際に個々に撓み可能又は撓み促進するようにする。これら包囲する導体4の各列間にはギャップ間隙)が設けられる。例えば、導体4が対応する導体列と横並び係合(接触)すると、斯る列内にギャップが形成される。このギャップは、各導体4の直径未満の幅を有し、これら導体4のいずれかが対応する列内から外れて移動するのを阻止する。

0031

同様に、同じ列の各導体4は、対応するシールド7の内面に接触してヘリカル状に延び、変換器組立体1を撓めた際に、シールド7が種々の方向に撓んでも、シールド7と接触した状態を維持する。

0032

包囲シールド7は、ヘリカル状の包囲列内で所定位置から外れるのを阻止するよう各ヘリカル状導体4の移動に抗する。しかし、シールド7の内面は導体4と接触し、導体4に対しラジアル方向に圧縮されないので、導体4が個々に撓められるとき、導体4がシールド7に対して且つ被包囲導電部材8に対して移動できるようにする。シールド7は、内周を形成し、その内側において、対応する導体4の列の移動が制限され、これら導体4は変換器組立体1の撓み中に個々に撓み可能である。シールド7は、導電部材8と導電シールド7の双方に密着して導体4の移動を制限する。

0033

導体4は個別に自由に移動し且つ撓み、対応する導電部材8,7及び対応するシールド7との双方に対して自由に滑る。従って、この撓み性により、変換器組立体1の操作の自由度が保証される。更に、導体4は導電部材8,7と物理的接触したままであり且つあらゆる方向への撓み時にシールド7と接触状態にとどまる。クロストークの低減は、各絶縁導体4を個別にシールドすることなく信号伝送絶縁導体4間で達成させる。斯るシールドの排除により、変換器組立体1を小型化することができる。更に、信号伝送導体4は、高度に可撓性を有し、あらゆる方向への撓みにより容易にハンドヘルド機器(プローブ等)への応用及び操作に適用できる。

0034

次に、図2及び図4を参照すると、導体4は規則正しく横並び並列されている。これは相互に離間する列方向と同じであり、図2の回路トレースに接続するよう平坦(フラット)形状に配列される。

0035

各絶縁導体4は、被包囲導体8,7に容量結合され、且つ包囲シールド7に容量結合される。絶縁導体4は実質的に被包囲導体8,7及び包囲シールド7に実質的に等しい容量結合を有する。

0036

変換器組立体1の絶縁導体4への張力による内部歪は、ワイヤ状の導体(又は耐張力部材)8により負担され、絶縁導体4は過度の歪から解放される。よって、絶縁導体4は、従来の同軸ケーブル構造に比し直径を小さくし、且つ低張力となし得る。例えば、ソリッドゲージ銀めっき銅(SPC)ワイヤが使用でき、高張力の銅合金を使用する導体よりも安価となし得る。このソリッドゲージ単一撚り線の絶縁導体4は、多数の撚り線によるものに比して小径となし得る。

0037

導体8の直径は、夫々接触する絶縁導体4の直径と略等しく、等しい直径の最大6本の導体4が導体8と接触し且つこれを包囲する。

0038

1列内の導体4の総数を決定するか、導体4の列内のギャップを増加するには、導体8の直径を増加する。即ち、略等しい直径の導体4が導体8と接触して包囲するようにし、同じ列内の導体4は、相互に圧縮しない程度に横並びに配列する。導体4が相互に接触するには、導体4の列内のギャップは、同じ列内の導体4の1個の直径未満とする。

0039

各シールド7は、例えば、44AWGのワイヤで80%の包囲度の可撓性中空編組シールドとする。或いは、シールド7は可撓性ポリエステルテープの反対面に固着させた導電性アルミフォイル(箔)の積層体である。シールド7の導電性フォイルの1つは、内側列の導体4と接触する。このシールド7の導電性フォイルの他のものは外側列の導体4と接触する。シールド7は、同一列の絶縁導体4上に配置される。フォイル10を有するテープ9は、重ね合わせた継ぎ目を有する筒状体でも良い。或いは、フォイル10を有するテープ9は、オーバーラップしたヘリカル状であり、隣接する導体4の列を包囲し、オーバーラップした継ぎ目12が相互に隣接ヘリカル体と重なってもよい。或いは、テープ9とフォイル10の組立体は、オープンヘリカル状のヘリカル状旋回したリボンであってもよい。シールド7のヘリカル状体は、導体4の隣接する列のヘリカル状体と反対ピッチであってもよい。導体4の順次の列は、交互に反対ピッチのヘリカル状体でも、同じピッチのヘリカル状体であってもよい。

0040

絶縁導体4に沿って電気信号の伝送中に、例えば、容量結合等の電気的結合の影響は、ヘリカル状に旋回された絶縁導体4と、これにより包囲接触する導体8,7及び導電性シールド7間で維持される。

0041

図2を参照すると、対応する導体4の列を包囲する各導電性シールド7は、長手方向の開放継ぎ目に沿って開き、対応するグランドバス30に対して平坦状に展開され、開放されたシールド7から露出する導体4は、回路2のパッド29に沿って延びる。このシールド7は、例えば、半田付けによりグランドバス30に電気的に接続される。導体4は、例えば半田付けによりパッド29に電気的接続される。中心導体8は、対応する回路2を超えて延びて、グランド又は接地基準共通接続される変換器組立体1の耐張力シャーシ(図示せず)に接続される。

0042

各グランドバス30はグランド又は接地基準電位に電気的接続される。各列の導体4のシールド7は、グランド又は接地基準電位に電気的接続され、各導体4が被包囲導体8,7及び包囲シールド7に略等しい容量結合し、導体4に個別シールドを施すことなく絶縁導体4間でのクロストークを低減する。回路2は、ポリイミドフィルムの別の部分に設けてよく、回路2の別のポリイミドフィルム部分は導体4の各列毎に設けられる。導体4の各列は、回路2の別の重複ポリイミドフィルム部に接続してもよい。図2に示す如く、第1列の6個の導体4は、回路2の6個の回路トレース27に接続して示す。図2の回路2は、図4に示す対応する列の導体4に電気的接続するよう重複してもよい。よって、回路2は、図4の第3列の導体4の数と同数、即ち21個の回路トレース27を有し第3列の導体4の全てをそこに接続するようにする。中間列の12個の導体4は、図2に示す回路2の21個の回路トレース27のうちの12個に接続できる。

0043

以上、本発明のプローブ組立体、特に超音波診断装置用プローブ組立体の実施形態例を説明した。しかし、本発明は斯る特定例のみに限定されず、必要に応じて種々の変形変更が可能であること勿論である。

発明の効果

0044

上述の説明から理解される如く、本発明のプローブ組立体によると、中心導体の周囲に配置しヘリカル状に旋回する複数の絶縁導体とその外周のシールドとを有する可撓性ケーブルを使用してセンサとの電気信号の接続を行うので、小型且つ可撓性を有すると共に操作性、作業性が優れ、且つクロストークが低減されたプローブ組立体が得られる。

0045

また、可撓性ケーブルは、多層構造とすることにより、極めて多数の導体を有するコンパクトなケーブルとなし得る。

0046

更に、相互にオフセットした回路を複数重ねることにより小型高密度且つ組立作業性の良好なプローブ組立体が得られ、特にセンサとして圧電素子を使用する超音波診断装置のイメージング用プローブ組立体として好適である。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明のプローブ組立体の好適実施形態例の側断面図である。
図2図1のプローブ組立体のケーブル組立体の上面図である。
図3図1に示すプローブ組立体の部分断面図である。
図4図1のプローブ組立体に使用されるケーブルの好適例の横断面図である。

--

0048

1aプローブ組立体
2回路
3センサ(圧電素子)
4絶縁導体
7シールド
8 中心導体

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