JP2004350704A - カプセル超音波内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波内視鏡に設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー及び性能のバラツキを防止した安価なカプセル超音波内視鏡装置を提供すること。
【解決手段】超音波トランスデューサは、静電型超音波トランスデューサ（以下、ｃ−ＭＵＴ３１とも記載する）３１であり、シリコンプロセスで自動で製造される。ｃ−ＭＵＴ３１は、複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列して形成される。複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａ，…，３１ａは微小所定ピッチで複数列、複数行で整列配置されている。ｃ−ＭＵＴセル３１ａは、シリコン基板３５上に形成された、信号入出力用電極である下部電極３７ｄ、シリコンメンブレン３８及び接地電極である上部電極３７ｕで主に構成され、真空空隙部４０はシリコンメンブレン３８の制動層になっている。複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａが配列されるシリコン基板３５にはアクセス回路形成部４３や、配線電極４４が設けられている。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信する超音波トランスデューサをカプセルに備え、このカプセルを体腔内に導いて超音波診断を行うカプセル超音波内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、医療用に構成したカプセル部を体腔内に送り込んで、体腔内の画像を得るカプセル型の内視鏡が実用化されつつある。また、観測用超音波信号を生体組織へ送受波し、この生体組織から反射するエコー信号によって、診断用の超音波断層画像を得る超音波診断分野においても超音波診断医用カプセルが特開平９−１３５８３２号公報に提案されている。この超音波診断医用カプセルでは、超音波プローブで診断が困難な部位の超音波診断が可能になる。
【０００３】
前記超音波診断医用カプセルでは、超音波カプセル内に配置されている超音波トランスデューサをモータで回転させることによって超音波ビームを、例えばカプセルの中心軸に対して垂直な放射方向（ラジアル方向）に超音波を出射させるように構成した機械走査式のものと、超音波カプセルの表面に複数のトランスデューサ素子で構成したアレイ型振動子を複数配列させて、電子スイッチによって順次アレイ型振動子を駆動して超音波を出射させるように構成した電子走査式のものとが示されている。
【０００４】
図１８示すように機械走査式で使用される超音波トランスデューサ２０８は、例えば円板状の複合圧電体２１１を使用したものである。この複合圧電体２１１は、ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ 等のＰＺＴ系圧電セラミックス等で形成されている複数の圧電体（不図示）の隙間及び周囲にポリウレタン、エポキシ等の樹脂部材（不図示）を充填して構成したものであり、この複合圧電体２１１は金属製のケース体２１２内に配設されている。
【０００５】
前記複合圧電体２１１には上面側表面に設けた第１電極２１１ａと、下面側表面に設けた第２電極２１１ｂとが設けられている。前記第２電極２１１ｂと前記第１電極２１１ａとは電気的に別体であり、第１電極２１１ａを設けた上面側が超音波放射面になっている。前記第２電極２１１ｂには信号用導体２１３が接続され、前記第１電極２１１ａにはグランド線２１４が接続されている。
【０００６】
前記ケース体２１２内に配設されている複合圧電体２１１の下面側には超音波吸収体２１５が配設され、曲面を形成した上面側にはケース体２１２の先端面までを覆う整合層２１６が設けてある。また、前記超音波吸収体２１５及び複合圧電体２１１の外周側には第１電極２１１ａと第２電極２１１ｂとの電気的な接触を防止する樹脂製の絶縁部材２１７が設けてある。さらに、前記超音波トランスデューサ２０８の表面を、耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ポリパラキシリレン）等で形成された保護膜（不図示）で覆っている。
【０００７】
一方、図１９に示すように電子走査式で使用される超音波トランスデューサ２０７は、複数の超音波トランスデューサ素子２０７ａ，…，２０７ａを配列している。この超音波トランスデューサ２０７は、ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ 等のＰＺＴ系圧電セラミックス等で形成された圧電素子２２１とこの圧電素子２２１の背面側に配設されるバッキング材２２２とで構成されている。前記圧電素子２２１の両面には電極２２１ａ，２２１ｂが設けられている。そして、前記電極２２１ｂにはフレキシブルプリント基板２２３のパターン２２３ａが図示しない半田で電気的に接続されている。
【０００８】
前記圧電素子２２１は、厚み方向に対してバッキング材２２２まで届く深さ寸法のダイシング溝２２４によって長手方向に短冊状に等間隔で分離されて長手方向に複数のトランスデューサ素子２０７ａを配列している。このダイシング溝２２４によって、半田による接続部をそれぞれ隣接する接続部と分離することにより、各パターン２２３ａは１つのトランスデューサ素子２０７をそれぞれ形成する２つのサブエレメント素子２０７ｂに接続されている。前面側の電極２２１ａの上には図示しない音響整合層が設けられ、前面側の電極２２１ａを図示しないＧＮＤ配線材により隣接する電極２２１ａと互いに接続されてグランド電位に設定されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１３５８３２号公報（第２−５頁、図１−６）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記超音波内視鏡では、電子走査式、機械走査式に関わらず、超音波トランスデューサを構成する圧電体に鉛が含まれている。このため、近年の環境問題を踏まえて、体腔内に挿入されて使用される超音波内視鏡に設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー化が望まれている。
【００１１】
また、機械走査式で用いられる超音波トランスデューサでは、複数の圧電体の隙間及び周囲に樹脂部材を、常時均一に充填することが難しく、作成者、或いは製造日等によって性能にバラツキが生じ、一方、電子走査式の超音波トランスデューサではダイシング溝を形成する作業に熟練をようし、作成者、或いは製造日等によって性能にバラツキが生じていた。そして、どちらのタイプの超音波トランスデューサでも小型化を図ることによって、高精度なものをバラツキなく安価に製作することが困難になる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波内視鏡に設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー及び性能のバラツキを防止した小型で安価なカプセル超音波内視鏡装置を提供することを目的にしている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のカプセル超音波内視鏡装置は、超音波を送受波して体腔内のエコー情報を得る超音波トランスデューサを備えたカプセル超音波内視鏡と、少なくとも前記カプセル超音波内視鏡から出力される超音波データを処理する超音波信号処理部を備えた超音波観測装置とを具備するカプセル超音波内視鏡装置であって、
前記超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板で形成している。
【００１４】
そして、前記超音波トランスデューサは、シリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサである。
【００１５】
これらの構成によれば、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工することにより、クリーンな環境で、製造工程の手作業に起因した不具合を解消した、小型で且つ高精細な、鉛フリーの超音波トランスデューサが形成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１はカプセル超音波内視鏡を説明する図、図２はカプセル超音波内視鏡の構成を示すブロック図、図３は図１（ｂ）の矢印Ａで示す部分の拡大図及びｃ−ＭＵＴセルを説明する図、図４はｃ−ＭＵＴセルの断面の構成例を説明する図、図５は超音波走査面の形状の異なるｃ−ＭＵＴを示す図である。
【００１７】
なお、図１（ａ）はカプセル超音波内視鏡を説明する図、図１（ｂ）はｃ−ＭＵＴを説明する斜視図、図５（ａ）は四角形に形成したｃ−ＭＵＴを説明する図、図５（ｂ）は多角形に形成したｃ−ＭＵＴを説明する図である。
【００１８】
図１（ａ）ないし図２に示すように本実施形態のカプセル超音波内視鏡装置１は、例えばＣＲＴ等の観察部２１を備えた外部装置である超音波観測装置２と、体腔内に嚥下されるカプセル超音波内視鏡（以下、超音波カプセルと略記する）３とで構成されている。
【００１９】
本実施形態においては前記超音波観測装置２と前記超音波カプセル３との間の信号の授受を無線で行う形態を示しているが、前記超音波カプセル３から信号線を延出させ、この信号線によってこの超音波カプセル３と前記超音波観測装置２との間の信号の授受を行う形態であってもよい。
【００２０】
前記超音波カプセル３は、カプセル本体部４と、キャップ部５とで主に構成されている。前記カプセル本体部４は生体適合性を有する硬質な樹脂部材で、略円筒状で一端部を略半球形状にして形成されている。前記キャップ部５はポリメチルペンテンやポリエチレン、ポリエーテルブロックアミド等の超音波透過性に優れた樹脂部材で略半球形状に形成されている。前記カプセル本体部４の開口部と前記キャップ部５の開口部とを例えば接着剤によって一体に固定してカプセル６が構成される。
【００２１】
前記超音波カプセル３内には超音波トランスデューサ３１、超音波信号制御部７、増幅回路部８、電源部９及びカプセル用アンテナ１０が設けられいてる。なお、符号１１及び符号１２はカプセル６内を複数の空間に区分する隔壁部材である。この隔壁部材１１と前記キャップ部５とで形成される空間は水密空間部になっている。
【００２２】
前記超音波トランスデューサ３１は超音波の送受を行う。この超音波トランスデューサ３１は、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサ（以下、ｃ−ＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ）３１とも記載する）であり、手作業によらず、シリコンプロセスで、完全にクリーンな環境で操作シーケンスにしたがって忠実に自動で製造される。
【００２３】
本実施形態のｃ−ＭＵＴ３１は、複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列して、超音波走査面を例えば円形に形成した、円形セクタタイプとして形成されている。このｃ−ＭＵＴ３１は前記水密空間部に配置され、この水密空間部内には例えば流動パラフィン、水、カルボキシメチルセルロース水溶液等の超音波伝達媒体１３が充填される。
【００２４】
前記ｃ−ＭＵＴ３１の表面は、耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ポリパラキシリレン）等で形成された保護膜（図３の符号３９参照）で被覆されている。また、前記カプセル６の先端部には前記キャップ部５を覆うように図示しないバルーンが取り付けられるようになっている。
【００２５】
図３及び図４に示すように前記ｃ−ＭＵＴ３１を構成する各ｃ−ＭＵＴセル３１ａのセル形状は例えば六角形形状で形成されている。そして、複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａ，…，３１ａを微小所定ピッチで複数列、複数行にハニカム構造で整列配置させて、超音波走査面の開口形状を円形に形成している。
【００２６】
前記ｃ−ＭＵＴセル３１ａは、シリコン基板３５上に形成された、下部電極３７ｄ、電極間距離を設定する絶縁性支柱３６、シリコン又はシリコン化合物から形成されたシリコンメンブレン３８、及び上部電極３７ｕで主に構成されている。前記下部電極３７ｄは前記シリコン基板３５の上面に設けられ、前記上部電極３７ｕはシリコンメンブレン３８の上面に設けられている。符号４０は真空空隙部（以下、空隙部と略記する）であり、本形態においてはシリコンメンブレン３８の制動層になっている。
【００２７】
複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａが配列されるシリコン基板３５にはｃ−ＭＯＳ集積回路で構成されたアクセス回路を設けたアクセス回路形成部４３や、配線電極４４が層状に設けてある。前記シリコンメンブレン３８に設けられた上部電極３７ｕは接地電極であり、前記下部電極３７ｄは信号入出力用電極である。そして、前記上部電極３７ｕの上面には前記保護膜３９が被覆されている。なお、符号４６は絶縁層である。
【００２８】
前記図２に示した、前記超音波信号制御部７は、各ｃ−ＭＵＴ３１に所定の位相差を与えて駆動制御して超音波を送受波させるとともに、これらｃ−ＭＵＴ３１で受波したエコー信号を前記カプセル用アンテナ１０から出力可能な超音波観察用画像信号に変換する処理を行う。
【００２９】
前記ｃ−ＭＵＴ３１の各ｃ−ＭＵＴセル３１ａは、前記超音波信号制御部７によって送波状態と受波状態とに切り換えられるようになっている。そして、送波状態のときに駆動電圧信号が印加されることによって超音波を出射し、受波状態では生体内の臓器及びその境界などで反射したエコー情報を受信する。
【００３０】
前記増幅回路８は、前記ｃ−ＭＵＴ３１で受波したエコー情報を増幅して前記超音波信号制御部７に出力する。
【００３１】
前記電源部９は例えば小型のボタン型電池であり前記超音波信号制御部７に電力を供給する。前記カプセル用アンテナ１０は、前記超音波観測装置２の後述する観測側アンテナ２５との間で信号の授受を行う。
【００３２】
前記超音波観測装置２は、前記観察部２１、超音波観察用画像処理部２２、増幅回路２３、送受信回路２４、観測側アンテナ２５で主に構成されている。
前記観測側アンテナ２５は前記カプセル用アンテナ１０との間で信号の授受を行う。前記送受信回路２４では前記観測側アンテナ２５で受信した信号又はこの観測側アンテナ２５から出力される信号の処理を行う。
【００３３】
前記増幅回路２３は少なくとも前記超音波カプセル３から送信された超音波観察用画像信号の増幅を行う。前記超音波観察用画像処理部２２では前記超音波カプセル３から送信された超音波観察用画像信号を、Ｂモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等の映像信号に生成して観察部２１に出力する。前記観察部２１には前記超音波観察用画像処理部２２で生成された映像信号に基づく超音波断層画像が表示される。
【００３４】
なお、本実施形態においてはｃ−ＭＵＴセル３１ａのセル形状を六角形形状に形成し、それらをハニカム構造で整列配置させた構成を示しているが、ｃ−ＭＵＴセル３１ａの形状及び配列はこれに限定されるものではない。
【００３５】
また、本実施形態においては複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを整列配置させて、超音波走査面の開口形状を円形形状としたが、ｃ−ＭＵＴセル３１ａを整列配置させて形成する超音波走査面の開口形状及び開口の大きさ等は図に示したものに限定されるものではなく、図５（ａ）に示すようにｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列させて四角形形状のｃ−ＭＵＴ３１Ｂを形成したり、図５（ｂ）に示すようにｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列させて八角形形状等、多角形形状のｃ−ＭＵＴ３１Ｃを形成するようにしてもよい。
【００３６】
上述のように構成したカプセル超音波内視鏡装置１の作用を説明する。
前記超音波カプセル３で例えば、食道及び小腸付近の超音波観察を行う場合、まず、被験者は、バルーン内に超音波伝達媒体が予め所定量注入されていて、超音波観測状態である超音波カプセル３を嚥下する。すると、嚥下された超音波カプセル３が、蠕動運動によって食道内を移動していく。このとき、ｃ−ＭＵＴ３１が前記超音波信号制御部７によってセクタ走査されているので、各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから超音波が出射される。
【００３７】
一方、これらｃ−ＭＵＴセル３１ａでは生体組織から反射したエコー情報を受信して増幅回路８で増幅して前記超音波信号制御部７に出力する。すると、この超音波信号制御部７で超音波観察用画像信号を生成し、カプセル用アンテナ１０から観測側アンテナ２５に向けて超音波観察用画像信号が出力される。
【００３８】
前記超音波カプセル３からの超音波観察用画像信号を受信した超音波観測装置２では送受信回路２４を介して増幅回路２３に伝送し、この増幅回路２３で信号の増幅を行った後、超音波観察用画像処理部２２で超音波観察用画像信号を、Ｂモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等、超音波観察可能な映像信号に生成して、前記観察部２１に出力する。
このことによって、観察部２１の画面上に超音波断層画像が表示されて、対象観察部位の超音波観察を行える。
【００３９】
このように、カプセル超音波内視鏡に配置される超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて複数のｃ−ＭＵＴセルを配列させた、静電型超音波トランスデューサとして構成したことによって、鉛フリーの超音波トランスデューサを実現することができる。
【００４０】
また、シリコンマイクロマシーニング技術を用いることによって、精細なｃ−ＭＵＴセルを配列して構成される静電型超音波トランスデューサが、クリーンな環境で、自動作成されるので、従来の製造工程において発生していたバラツキによる不具合を皆無にして、信頼性の高い精細な超音波トランスデューサを安価に提供することができる。
【００４１】
さらに、ｃ−ＭＵＴセルのセル形状や、超音波走査面の開口形状を所望の形状及び大きさに設定して製造することによって、カプセル超音波内視鏡の小型化及び設計の自由度の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態においては、ｃ−ＭＵＴセル３１を送波状態と受波状態とに切り換えて、１つのｃ−ＭＵＴセル３１ａで送受信を行う構成を説明したが、図６に示すように複数のｃ−ＭＵＴセルを送波専用の送信用セル３１ｆと、受波専用の受信用セル３１ｇ、と送波及び受波のどちらの機能も有していない不使用セル３１ｈとで構成するようにしてもよい。
【００４３】
図６を参照して超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配置構成を説明する。
なお、図６（ａ）は配列されるｃ−ＭＵＴセルを送信用セルと受信用セルと不使用セルとに分割した一構成例を示す図、図６（ｂ）は配列されるｃ−ＭＵＴセルを送信用セルと受信用セルと不使用セルとに分割した他の構成例を示す図である。
【００４４】
図６（ａ）に示すように一対の送信用セル３１ｆ及び受信用セル３１ｇで構成した送受信セル群３１ｋと、不使用セル３１ｈを帯状の群に構成した一体不使用セル群３１ｍとを形成し、この一体不使用セル群３１ｍと送受信セル群３１ｋとを例えば列方向に交互に配列させてｃ−ＭＵＴ３１Ｈを構成する。
【００４５】
このことによって、列方向に配列された送受信セル群３１ｋと列方向に配列された送受信セル群３１ｋとの間に一体不使用セル群３１ｍが配列させて、列方向に配列された送受信セル群３１ｋ同士の間に、一体不使用セル群３１ｍで形成される物理的な所定間隔を設けてクロストークの軽減を図ることができる。したがって、画質の良好な超音波断層画像を得られる。
【００４６】
なお、送受信セル群３１ｋを一対の送信用セル３１ｆ及び受信用セル３１ｇで構成する代わりに、図６（ｂ）に示すように２つの送信用セル３１ｆと１つの受信用セル３１ｇとで送受信セル群３１ｎを構成し、例えば行方向に配列させた送受信セル群３１ｎと行方向に配列させた送受信セル群３１ｎとの間に略帯状の一体不使用セル群３１ｍを配列させて、行方向に配列された送受信セル群３１ｎ同士の間に、一体不使用セル群３１ｍで形成される物理的な所定間隔を設ける構成にしてｃ−ＭＵＴ３１Ｊを構成してもよい。
【００４７】
また、ｃ−ＭＵＴを構成するｃ−ＭＵＴセルを受信用セル３１ｇ、送信用セル３１ｆ、不使用セル３１ｈとした構成例を示したが、複数の受信用セル３１ｇに設けられている電極３７ｕ、３７ｄ同士をそれぞれ一体で電気的に連結してひとまとめにした一体受信セル群、複数の送信用セル３１ｆに設けられている電極３７ｕ、３７ｄ同士をそれぞれ一体で電気的に連結してひとまとめにした一体送信セル群及び前記一体不使用セル群として構成し、それぞれの一体セル群を前記図６（ａ）や前記図６（ｂ）に示すように列状又は行状に配列させてｃ−ＭＵＴを構成するようにしてもよい。
【００４８】
上述した実施形態においてはｃ−ＭＵＴを電子走査式としたが、ｃ−ＭＵＴは電子走査式に限定されるものではなく、機械走査式の超音波カプセルにおいてもｃ−ＭＵＴを用いる構成であってもよい。
【００４９】
具体的には、図７に示すようにｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列して超音波走査面を円板状にしたｃ−ＭＵＴ６０を形成する。このとき、このｃ−ＭＵＴ６０を構成するｃ−ＭＵＴセル３１ａの上部電極３７ｕ同士及び下部電極３７ｄ同士を電気的に連結状態にしておく。そして、このｃ−ＭＵＴ６０を駆動モータ６１の駆動軸と一体に回動するように軸支されているハウジング６２に配設して、超音波カプセル３Ａを構成する。
【００５０】
なお、符号６３はハウジング６２に配設されているｃ−ＭＵＴ３１の回転角度を検出するために、前記ハウジング６２の回転状態を検出するロータリエンコーダである。このロータリエンコーダ６３の検出結果は、超音波信号制御部７に設けられているエンコーダ制御部６４に入力されて、前記カプセル用アンテナ１０から出力可能な回転角度信号に変換される。また、カプセル用アンテナ１０から出力された回転角度信号は前記超音波観測装置２の超音波観察用画像処理部２２で処理される。符号６５は隔壁を兼ねるカプセル本体部材であり、符号６６は水密を保持するＯリングである。
【００５１】
前記超音波カプセル３Ａでは駆動モータ６１を駆動状態にすることによって、モータの駆動力で前記ハウジング６２が回転する。このことによって、前記ハウジング６２の回転角度をロータリエンコーダ６３が検出するとともに、ｃ−ＭＵＴ６０では回転しながら超音波を送受波する。つまり、ラジアル走査を行って断層面のエコー情報を取得する。このとき、超音波信号制御部７では超音波観察用画像信号を生成して前記超音波観測装置２に向けて送信するとともに、逐次、回転角度信号を超音波観測装置２に向けて送信する。
【００５２】
この結果、前記超音波観測装置２の超音波観察用画像処理部２２では、前記超音波カプセル３Ａから送信された超音波観察用画像信号に対して包絡線検波、対数増幅、Ａ／Ｄ変換等、公知の各種処理を施すとともに、回転角度信号を基に極座標系のデジタルエコーデータを観察部２１に出力できるような直交座標系に変換する処理を施し、映像信号を生成して観察部２１に出力する。
このことによって、観察部２１の画面上に超音波断層画像が表示させて、対象観察部位の超音波観察を行うことができる。
【００５３】
図８及び図９を参照してｃ−ＭＵＴの変形例を説明する。
図８はｃ−ＭＵＴ帯状体の構成及び作用を説明する図、図９はｃ−ＭＵＴ帯状体を設けた超音波カプセルを説明する図であり、図８（ａ）はｃ−ＭＵＴ帯状体の構成を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）で示したｃ−ＭＵＴ帯状体の作用を説明する図、図９（ａ）はｃ−ＭＵＴ帯状体のカプセルへの配置例を示す図、図９（ｂ）はｃ−ＭＵＴ帯状体のカプセルへの他の配置例を示す図、図９（ｃ）はｃ−ＭＵＴ帯状体のカプセルへの別の配置例を示す図である。
【００５４】
図８（ａ）に示すようにｃ−ＭＵＴ帯状体９２は、柔軟性を有する平面基板９３に、複数のｃ−ＭＵＴセルを配列させて所定のチップ状に構成したｃ−ＭＵＴチップ９４を複数、所定間隔で実装配置して構成される。つまり、このｃ−ＭＵＴ帯状体９２は、いわゆるｃ−ＭＵＴチップ実装基板である。このｃ−ＭＵＴ帯状体９２は、複数のｃ−ＭＵＴチップ９４を所定間隔で実装配置したことによって、図８（ｂ）に示すように所定形状に変形可能になっている。
【００５５】
したがって、このｃ−ＭＵＴ帯状体９２を図９（ａ）に示すように例えば超音波透過性に優れた樹脂部材で形成されているカプセル９０の例えば端部側内周面に、カプセル中心軸に対して略直交する周方向に配置することによって、電子走査によってラジアルの超音波断層画像を得ることのできる超音波カプセル３Ｂが構成される。
【００５６】
なお、前記ｃ−ＭＵＴ帯状体９２を図９（ｂ）に示すように前記カプセル９０の例えば端部側内周面にカプセル中心軸に対して略平行な向きで配置することによって、電子走査によってリニアの超音波断層画像を得ることができる超音波カプセル３Ｃが構成される。また、前記ｃ−ＭＵＴ帯状体９２を図９（ｃ）に示すように前記カプセル９０の例えば端部側内周面に、カプセル中心軸に対して略直交する周方向及びカプセル中心軸に対して略平行な向きにそれぞれ配置することによって、電子走査によってラジアル及びリニアの超音波断層画像を得ることができるバイプレーンタイプの超音波カプセル３Ｄが構成される。
【００５７】
（第２実施形態）
図１０ないし図１２は本発明の第２実施形態にかかり、図１０は貫通孔を形成したｃ−ＭＵＴを説明する図、図１１は貫通孔を形成したｃ−ＭＵＴを配置したカプセル超音波内視鏡の構成を説明する図、図１２はカプセル超音波内視鏡装置の構成を説明するブロック図である。
【００５８】
図１０ないし図１２を参照してカプセル超音波内視鏡装置の構成を説明する。
図に示すように本実施形態の超音波カプセル３Ｅにはリング形状のｃ−ＭＵＴ３１Ｅが配設されている。このｃ−ＭＵＴ３１Ｅの略中央部には所定の内径寸法の貫通孔２４ａが形成されている。前記超音波カプセル３Ｅに配設された前記ｃ−ＭＵＴ３１Ｅの貫通孔２４ａ内には、光学観察手段となるＣＣＤやＣ−ＭＯＳを備えて構成された撮像装置９５が配設されている。また、前記ｃ−ＭＵＴ３１Ｅの外周側周囲には光学観察手段となる例えばＬＥＤ照明等の照明部材９６が複数、設けられている。
【００５９】
また、前記カプセル６内には前記超音波信号制御部７に加え、前記撮像装置９５と電気的に接続された撮像信号制御部９７が設けられている。この撮像信号制御部９７は、前記撮像装置９５の駆動及び、この撮像装置９５の撮像面に結像した光学像の光電変換した電気信号を前記カプセル用アンテナ１０から出力可能な内視鏡観察用画像信号に変換する。
【００６０】
一方、超音波観測装置２Ａには前記撮像信号制御部９７からカプセル用アンテナ１０を介して伝送された内視鏡観察用画像信号を内視鏡観察用の映像信号に生成する内視鏡観察用画像処理部９８が設けられている。
【００６１】
なお、本実施形態においては図示しないバルーンを超音波透過性を有するとともに、ある程度の光透過性を有する樹脂部材で形成している。また、貫通孔２４ａの形成位置は中央部に限定されるものではなく、観察目的に応じて適宜変更可能である。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
【００６２】
上述のように構成したカプセル超音波内視鏡装置１Ａの作用を説明する。
前記超音波カプセル３Ｅで例えば、食道及び小腸付近の超音波観察を行う場合、前記ｃ−ＭＵＴ３１Ｅがセクタ走査されて超音波の送受波を行うとともに、撮像装置９５を撮像状態にすることにより、照明部材９６によって照らされている観察部位の光学画像が撮像面に結像する。
【００６３】
したがって、超音波カプセル３Ｅ内の超音波信号制御部７にはｃ−ＭＵＴセル３１ａで受信されたエコー情報が増幅回路８を介して入力され、前記撮像信号制御部９７には前記撮像装置９５で光電変換した電気信号が入力される。
【００６４】
そして、前記超音波信号制御部７で生成された超音波観察用画像信号がカプセル用アンテナ１０から観測側アンテナ２５に向けて出力される。また、撮像信号制御部９７で生成された内視鏡観察用画像信号がカプセル用アンテナ１０から観測側アンテナ２５に向けて出力される。
【００６５】
前記超音波カプセル３から送信された超音波観察用画像信号及び内視鏡観察用信号を受信した超音波観測装置２Ａでは、増幅回路２３で増幅された超音波観察用画像信号を超音波観察用画像処理部２２でＢモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等、超音波観察可能な映像信号に生成して観察部２１に出力するとともに、内視鏡観察用画像処理部９８で超音波観察用画像信号を内視鏡観察可能な映像信号に生成して観察部２１に出力する。すると、観察部２１の画面上に超音波断層画像とともに内視鏡観察画像が表示される。
【００６６】
つまり、観察部２１には超音波断層画像のみならず、この超音波断層画像で表示されている観察部位の体壁等の内視鏡観察画像を表示させられるので、観察部位の内視鏡画像と超音波断層画像とを同時に表示させることによって、診断能の向上を図れる。
【００６７】
また、前記観察部２１に表示される内視鏡観察画像を観察することによって体壁の粘膜の見え方の違い等によって超音波断層画像のとらえている部分がどの消化管であるかの判定を容易に行える。このため、特に、超音波カプセルから伝送される超音波断層画像に関するデータ及び内視鏡観察画像に関するデータを超音波観測装置の図示しない記憶装置に保存し、検査終了後に一括して超音波断層画像の観察を行う場合には、観察部位の内視鏡画像と超音波断層画像とを同時に表示させることによって、消化管の特定を内視鏡画像を見ることによって行えるので、目的観察部位近傍の超音波断層画像を容易に見つけられる。
【００６８】
このように、超音波カプセル内に配設されるｃ−ＭＵＴに貫通孔を形成することによって、キャップ部内の空間部を有効利用して、ｃ−ＭＵＴ内に撮像部を設けることができる。このことによって、超音波観察及び内視鏡観察を行える体腔内観察用カプセルを提供することができる。
なお、前記ｃ−ＭＵＴに撮像部用の貫通孔に加えて、照明部用の貫通孔等を設ける構成にしてもよい。
【００６９】
（第３実施形態）
図１３ないし図１７は本発明の第３実施形態にかかり、図１３は多機能超音波トランスデューサの構成及び多機能超音波トランスデューサを配置した超音波カプセルを示す図、図１４は多機能超音波トランスデューサの断面の構成例を説明する図、図１５は超音波カプセルによる検査状態を説明する図、図１６はシリコン発光素子及びシリコン受光素子を配設した多機能超音波トランスデューサの他の構成例を説明する図、図１７はさらにマイクロジャイロセンサを配設した多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図である。
【００７０】
なお、図１３（ａ）は多機能超音波トランスデューサを配置した超音波カプセルを示す図、図１３（ｂ）は多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図、図１６（ａ）は外形形状の異なる多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図、図１６（ｂ）シリコン発光素子及びシリコン受光素子の他の配置例を示す図、図１６（ｃ）はシリコン発光素子及びシリコン受光素子の別の配置例を示す図である。
【００７１】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように本実施形態の超音波カプセル３Ｆには、前記第２実施形態で示した撮像装置９５及び照明部材９６の代わりに多機能超音波トランスデューサ１２２を配置している。なお、超音波観測装置２Ａの図は省略している。
【００７２】
前記多機能超音波トランスデューサ１２２は、シリコンマイクロマシーニング技術を用いて形成した、超音波走査面の開口形状がリング状のｃ−ＭＵＴ１３１に加えて、光学観察手段としてこのリング状のｃ−ＭＵＴ１３１の中央部の同一面に位置するように形成したシリコン発光素子で構成した発光素子部１２３及びシリコン受光素子で構成した受光素子部１２４を併設して形成されている。
前記発光素子部１２３は例えば発光ダイオード、レーザーダイオードのいずれかであり、前記受光素子部１２４はＣ−ＭＯＳ、ＣＣＤ、ＳＩＴ、ＣＭＤ、ＶＭＩＳの１つである。符号１２６は緩衝領域である。
【００７３】
図１４に示すように本実施形態のｃ−ＭＵＴ１３１においては複数のｃ−ＭＵＴセル１３１ａが配列されるシリコン基板３５に、例えば第１中間誘電体層４１及び第２中間誘電体層４２を設けて形成している。これら誘電体層４１、４２には前記アクセス回路形成部（不図示）に加えて、前記発光素子部１２３及び受光素子部１２４の制御を行うｃ−ＭＯＳ集積回路で構成した各種制御回路４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…や、配線電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、…が設けてある。
【００７４】
そして、下部電極３７ｄと配線電極４４ａ、配線電極４４ａと配線電極４４ｂ、配線電極４４ｂと配線電極４４ｃ、配線電極４４ｃと制御回路４３ｃ、配線電極４４ｄと制御回路４３ｂ、配線電極４４ｄと制御回路４３ｃ等とをそれぞれビアホール４５によって電気的に接続している。
その他の構成は前記第２実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
【００７５】
上述のように構成したカプセル超音波内視鏡装置の作用を説明する。
前記超音波カプセル３Ｆで例えば、食道及び小腸付近の超音波観察を行う場合、例えば前記図１５に示すように超音波カプセル３Ｆに設けられてたバルーン１００を膨張させて体壁に密着させ、このバルーン膨張状態で蠕動運動によってこの超音波カプセル３Ｆを移動させる。
【００７６】
そして、前記ｃ−ＭＵＴ１３１をセクタ走査して超音波の送受波を行うとともに、前記受光素子部１２４を撮像状態にして前記発光素子部１２３によって照らされている観察部位の光学画像が撮像面に結像させる。
【００７７】
このことによって、超音波カプセル３Ｆ内の超音波信号制御部７にはｃ−ＭＵＴセル１３１ａで受信されたエコー情報が増幅回路８を介して入力され、前記撮像信号制御部９７には前記受光素子部１２４で光電変換した電気信号が入力される。
【００７８】
そして、前記超音波信号制御部７で生成された超音波観察用画像信号がカプセル用アンテナ１０から観測側アンテナ２５に向けて出力される。また、撮像信号制御部９７で生成された内視鏡観察用画像信号がカプセル用アンテナ１０から観測側アンテナ２５に向けて出力される。
【００７９】
前記超音波カプセル３から送信された超音波観察用画像信号及び内視鏡観察用信号を受信した超音波観測装置２Ａでは、増幅回路２３で増幅された超音波観察用画像信号を超音波観察用画像処理部２２でＢモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等、超音波観察可能な映像信号に生成して観察部２１に出力するとともに、内視鏡観察用画像処理部９８で超音波観察用画像信号を内視鏡観察可能な映像信号に生成して観察部２１に出力する。すると、観察部２１の画面上に超音波断層画像とともに内視鏡観察画像が表示される。
【００８０】
つまり、本実施形態においては多機能超音波トランスデューサ１２２を構成したことによって、前記撮像装置９５や前記照明部材９６を設けることなく、前記第２実施形態と同様に観察部２１に超音波断層画像のみならず、この超音波断層画像で表示されている観察部位の体壁等の内視鏡観察画像を表示させて、観察部位の内視鏡画像と超音波断層画像とを同時に表示させることによって、診断能の向上を図れる。
【００８１】
また、前記観察部２１に表示される内視鏡観察画像を観察することによって体壁の粘膜の見え方の違い等によって超音波断層画像のとらえている部分がどの消化管であるかの判定を容易に行える。このため、特に、超音波カプセルから伝送される超音波断層画像に関するデータ及び内視鏡観察画像に関するデータを超音波観測装置の図示しない記憶装置に保存し、検査終了後或いは所定時間経過後に一括して超音波断層画像の観察を行う場合には、観察部位の内視鏡画像と超音波断層画像とを同時に表示させることによって、消化管の特定を内視鏡画像を見ることによって行えるので、目的観察部位近傍の超音波断層画像を容易に見つけられる。
【００８２】
なお、本実施形態においては多機能超音波トランスデューサ１２２のｃ−ＭＵＴ１３１をリング状に形成し、その中央部に配設される発光素子部１２３及び受光素子部１２４を円形に形成した構成を示しているが、この多機能超音波トランスデューサのｃ−ＭＵＴ形状及び発光素子部及び受光素子部の形状及び配置位置等はこれらに限定されるものではなく、例えば、図１６（ａ）に示すように角形の受光素子部１２４をｃ−ＭＵＴ１３１の中央部に設け、角形の発光素子部１２３をｃ−ＭＵＴ１３１の四隅に設けて、角形の多機能超音波トランスデューサ１２７を形成するようにしてもよい。
【００８３】
また、図１６（ｂ）に示すようにリング状のｃ−ＭＵＴ１３１の中央部に多角形状の受光素子部１２４を設け、この多角形の受光素子部１２４の周囲に多角形の発光素子部１２３を複数設けて、多機能超音波トランスデューサ１２８を形成するようにしてもよい。
【００８４】
さらに、図１６（ｃ）に示すように円形のｃ−ＭＵＴ１３１を形成して、このｃ−ＭＵＴ１３１の周囲に例えば多角形の発光素子部１２３及び受光素子部１２４を規則的に併設させて多機能超音波トランスデューサ１２９を形成してもよい。
【００８５】
このように、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン素子で構成される発光素子部及び受光素子部を併設させて、多機能超音波トランスデューサを形成し、この多機能超音波トランスデューサをキャップ部に配設して超音波カプセルを構成することによって、超音波カプセル内にこの多機能超音波トランスジューサーの他に別体の撮像部及び照明部を設けることなく、超音波カプセルを構成することができる。
【００８６】
このことによって、超音波観察機能に加えて内視鏡観察機能を備えた小型な超音波カプセルが実現される。
【００８７】
また、ｃ−ＭＵＴセルの配列を適宜設定することによって超音波トランスデューサの開口形状を所望の形状及び大きさに設定することができるとともに、発光素子部及び受光素子部の形状及び大きさ、数量を適宜設定して多機能超音波トランスデューサを作成することによって超音波カプセルの設計の自由度が増大させることができる。
その他の作用及び効果は上述した実施形態と同様である。
【００８８】
ここで、図１７を参照して多機能超音波トランスデューサの変形例を説明する。図１７（ａ）は多機能超音波トランスデューサのまた他の構成を示す図、図１７（ｂ）はカプセル超音波内視鏡装置の構成を説明する図である。
【００８９】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように本実施形態の多機能超音波トランスデューサ１３２は、ｃ−ＭＵＴ１３１、光学観察手段である発光素子部１２３及び受光素子部１２４にさらに加えて、カプセル位置特定手段として超音波カプセルの動きを検知してＸ方向及びＹ方向の位置検出を行う静電型マイクロジャイロセンサ（以下、ジャイロと記載）１３３、１３４を併設配置している。
【００９０】
そして、この多機能超音波トランスデューサ１３２を超音波カプセル３Ｇに配置してカプセル超音波内視鏡装置１Ｂを構成している。
前記超音波カプセル３Ｇには前記静電型マイクロジャイロセンサ１３３、１３４から出力される位置検知信号を前記カプセル用アンテナ１０から出力可能なカプセル位置報知信号に変換するジャイロ制御部１３５が設けられ、超音波観測装置２Ｂにはカプセル位置報知信号を演算処理してカプセル位置情報を前記観察部２１に出力する位置情報演算処理部１３６が設けてある。
【００９１】
このように、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン素子で構成される発光素子部及び受光素子部を併設させるとともに、Ｘ方向及びＹ方向用の静電型マイクロジャイロセンサを併設させて、多機能超音波トランスデューサを形成し、この多機能超音波トランスデューサをキャップ部内に配設して超音波カプセルを構成することによって、観察部には超音波断層画像のみならず、この超音波断層画像で表示されている観察部位の体壁等の内視鏡観察画像及び超音波カプセルの位置を告知するカプセル位置情報の定量表示を行うことができる。
【００９２】
このことによって、超音波断層画像を観察する際、この超音波断層画像とともに表示される内視鏡観察画像によって映し出されている超音波断層画像がどの消化管であるかの特定を行えるばかりでなく、カプセル位置情報から移動距離等を考慮することにより、その消化管のどの部位であるかの特定まで行える。
【００９３】
なお、ｃ−ＭＵＴに加えて静電型マイクロジャイロセンサだけを設けて、多機能超音波トランスデューサを構成するようにしてもよい。このことによって、静電型マイクロジャイロセンサによって、超音波カプセルの移動位置の定量的な検出を可能にする超音波カプセルを安価に提供することができる。
【００９４】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００９５】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００９６】
（１）超音波を送受波して体腔内のエコー情報を得る超音波トランスデューサを備えたカプセル超音波内視鏡と、少なくとも前記カプセル超音波内視鏡から出力される超音波データを処理する超音波信号処理部を備えた超音波観測装置とを具備するカプセル超音波内視鏡装置において、
前記超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板で形成したカプセル超音波内視鏡装置。
【００９７】
（２）前記超音波トランスデューサは、シリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサである付記１に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【００９８】
（３）前記静電型超音波トランスデューサは、多数の超音波トランスデューサ素子を直線状に配列したアレイ構造である付記２に記載のにカプセル超音波内視鏡装置。
【００９９】
（４）前記静電型超音波トランスデューサは、多数の超音波トランスデューサ素子を二次元に配列したアレイ構造である付記２に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１００】
（５）前記二次元アレイ構造の静電型超音波トランスデューサは帯状である付記４に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１０１】
（６）前記二次元アレイ構造の静電型超音波トランスデューサを一対備え、それぞれの静電型超音波トランスデューサを直交配置した付記５に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１０２】
（７）前記二次元アレイ構造の静電型超音波トランスデューサを前記カプセル部の側胴部に周回配置した付記５又は付記６に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
（８）前記二次元アレイ構造の静電型超音波トランスデューサを前記カプセル部の曲面に沿って配置した付記７に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１０３】
（９）前記静電型超音波トランスデューサの構造が、多数の超音波トランスデューサ素子をリング状に配列したアレイ構造である付記２に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１０４】
（１０）前記アレイ構造の構成の静電型超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサ素子の有する上部電極同士、及び下部電極同士をそれぞれ電気的に接続した二端子構造を有する付記４又は付記９に記載のカプセル超音波内視鏡装置。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波内視鏡に設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー及び性能のバラツキを防止した安価なカプセル超音波内視鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１はカプセル超音波内視鏡を説明する図
【図２】カプセル超音波内視鏡の構成を示すブロック図
【図３】図１（ｂ）の矢印Ａで示す部分の拡大図及びｃ−ＭＵＴセルを説明する図
【図４】ｃ−ＭＵＴセルの断面の構成例を説明する図
【図５】超音波走査面の形状の異なるｃ−ＭＵＴを示す図
【図６】超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配置構成を説明する図
【図７】ｃ−ＭＵＴの他の構成を説明する図
【図８】図８及び図９を参照してｃ−ＭＵＴの変形例にかかり、図８はｃ−ＭＵＴ帯状体の構成及び作用を説明する図
【図９】ｃ−ＭＵＴ帯状体を設けた超音波カプセルを説明する図
【図１０】図１０ないし図１２は本発明の第２実施形態にかかり、図１０は貫通孔を形成したｃ−ＭＵＴを説明する図
【図１１】貫通孔を形成したｃ−ＭＵＴを配置したカプセル超音波内視鏡の構成を説明する図
【図１２】カプセル超音波内視鏡装置の構成を説明するブロック図
【図１３】図１３ないし図１６は本発明の第３実施形態にかかり、図１３は多機能超音波トランスデューサの構成及び多機能超音波トランスデューサを配置した超音波カプセルを示す図
【図１４】多機能超音波トランスデューサの断面の構成例を説明する図
【図１５】超音波カプセルによる検査状態を説明する図
【図１６】シリコン発光素子及びシリコン受光素子を配設した多機能超音波トランスデューサの他の構成例を説明する図
【図１７】さらにマイクロジャイロセンサを配設した多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図
【図１８】図１８及び図１９は従来の超音波トランスデューサを説明する図であり、図１８は機械走査式の超音波トランスデューサの構成例を示す図
【図１９】電子走査式の超音波トランスデューサの構成例を示す図
【符号の説明】
２…超音波内視鏡
３０…超音波観察ユニット
３１…静電型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ）
３１ａ…ｃ−ＭＵＴセル
３５…シリコン基板
３７ｄ…下部電極
３７ｕ…上部電極
３８…シリコンメンブレン
４０…真空空隙部
４４…配線電極

Claims (2)

1. 超音波を送受波して体腔内のエコー情報を得る超音波トランスデューサを備えたカプセル超音波内視鏡と、少なくとも前記カプセル超音波内視鏡から出力される超音波データを処理する超音波信号処理部を備えた超音波観測装置とを具備するカプセル超音波内視鏡装置において、
   前記超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板で形成したことを特徴とするカプセル超音波内視鏡装置。
2. 前記超音波トランスデューサは、シリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項１に記載のカプセル超音波内視鏡装置。

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