DE19539163A1 - Bildanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische, radial abtastende Ultraschallsonde mit einer Mehrzahl piezoelektrischer Elemente, die an der äußeren Umfangsfläche eines Zylinders angeordnet und so ausgelegt sind, daß sie ein tomographisches Bild in einer Ebene senkrecht zu der Einschubachse des Zylinders liefern. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ultraschallsonde, bei der die Verbindung von einzelnen Schallwandler-Elementen zu einem signalübertragenden Koaxialkabel verbessert ist.

Im Stand der Technik sind elektronische, abtastende Ultraschall­ sonden bekannt, mit denen ein Einführabschnitt eines Endoskopes versehen ist, der in den Körperhohlraum eines Patienten einge­ führt wird. Durch Verwendung solcher Ultraschallsonden können tiefliegende Organe, wie beispielsweise die Magenwand oder die Bauchspeicheldrüse oder dergleichen, klar und mit guter Bild­ qualität dargestellt werden, ohne daß eine Beeinträchtigung aufgrund von Gasen im Körperhohlraum oder Knochen des Patienten auftritt. Ein Schallwandler bei einer derartigen elektronisch abtastenden Ultraschallsonde weist mehr als zehn Wandlerelement auf, so daß Koaxialkabel zur Signalübertragung und zum Empfang eingesetzt werden müssen, die der Anzahl der einzelnen Wandler­ elemente entsprechen.

Für die Verbindung der Elektroden der einzelnen Wandlerelemente der elektronisch abtastenden Ultraschallsonde mit den die Sig­ nale empfangenden und übertragenden Koaxialkabeln sind Ver­ fahren bekannt wie das Verlöten der Kernleitungen der Koaxial­ kabel mit den Signalelektroden der betreffenden Wandlerelemente oder das Verlöten der Abschirmleitungen der Koaxialkabel mit den Masse-Elektroden der einzelnen Wandlerelemente. Für diese Lötverbindung wird eine Technik eingesetzt, bei der Elektroden der betroffenen Wandlerelemente mit einer Struktur auf einem biegsamen Substrat verbunden werden, welches ein Muster aus leitfähigen Teilen hat, deren Anzahl derjenigen der Elektroden entspricht, so daß der Abstand zwischen den Signalleitungen verbreitert wird. Dies ist beispielsweise in den japanischen Patentanmeldungen 40899/87, 136500/89 und 166139/92 beschrie­ ben.

Beim Anschließen einer Mehrzahl von Koaxialkabeln in einer Ultraschallsonde zum Durchführen von Ultraschalluntersuchungen durch Einführen in einen Körperhohlraum entstehen aufgrund der Einschränkung hinsichtlich des Außendurchmessers der Sonde fol­ gende Probleme:
Zunächst haben bekannte Ultraschallsonden, wie sie beispiels­ weise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 136500/89 beschrieben sind, eine komplizierte Form und es muß eine zweistellige Anzahl von Koaxialkabeln mit zugeordneten Wandlerelementen durch Löten oder dergleichen in einem sehr engen Bereich verbunden werden, und zwar in sehr kurzer Zeit und unter sehr beengten Verhältnissen, so daß ein Einführen in den Körperhohlraum möglich ist. Dieser Vorgang erfordert be­ trächtliche Zeit und besondere technische Fertigkeiten. Bei einer derartigen Ultraschallsonde ist eine Reparatur und auch die Wartung kaum möglich.

Weil weiterhin die Anzahl von Röhrchen, wie beispielsweise Glasfaserbündel für die Bildgabe und für Beleuchtungszwecke oder Luft/Wasser-Versorgungsleitungen, im Rohr mit einem sehr geringen Innendurchmesser von etwa 12 mm untergebracht sind, ist es auch schwierig, einen Raum zu finden, in dem ein bieg­ sames Substrat untergebracht werden kann, wie es in der japa­ nischen offengelegten Patentanmeldung 40899/87 gezeigt ist, so daß bei Bereitstellung eines derartigen Raumes die Länge der harten Spitze stark vergrößert ist und damit die Form weniger für eine Ultraschalldiagnose durch Einführen in einen Körper­ hohlraum geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend be­ schriebenen Nachteile herkömmlicher Ultraschallsonden zu über­ winden.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschall­ sonde bereitzustellen mit einem Aufbau, der den Zusammenbau und die Reparatur erleichtert, wobei insbesondere auch die Verbin­ dung der einzelnen Wandlerelemente mit den Koaxialkabeln im begrenzten Raum eines Endoskops erleichtert sein soll.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereit­ stellung einer Ultraschallsonde, bei der die Länge des harten Spitzenabschnittes der Sonde verkürzt ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Ultraschallsonde bereitgestellt mit einem elektronischen, radialen Wandler, bei dem eine Mehr­ zahl von aufgereihten piezoelektrischen Elementen mit Elektro­ den auf beiden Hauptflächen nebeneinander auf einem kreisför­ migen Abstützteil angeordnet sind, welches ein ringförmiges Substrat an einer Stirnfläche in Einschubrichtung der piezo­ elektrischen Elemente des elektronischen radialen Wandlers auf­ weist und mit einem Signal-Übertragungsmuster, das mit einer Elektrode des piezoelektrischen Elementes in leitender Verbin­ dung steht, sowie mit einem Substrat, das eine solche Struktur aufweist, daß eine leitende Verbindung mit den einzelnen Sig­ nalleitern des ringförmigen Substrates herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Mehrzahl von in Reihe angeordneten Kabeln, die mit der Signalübertragungsstruktur des Substrates verbunden sind, an der Innenseite des ringförmigen Substrates angeordnet.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer Bildanzeigevorrichtung ge­ mäß der Erfindung hat zumindest ein Substrat eine Struktur, die so ausgeformt ist, daß eine Verbindung hergestellt wird mit einander gegebenüberliegenden zugeordneten Signalübertragungs­ strukturen des ringförmigen Substrates. Auch ist das zumindest eine Substrat biegsam.

Die Signalübertragungsmuster des ringförmigen Substrates sind radial konfiguriert. Die Form des Substrates entspricht, von außen gesehen, einem Gebläse oder einem gekrümmten Papierstrei­ fen oder einem massiven Ring. Die Befestigung des Substrates und des ringförmigen Substrates erfolgt durch Lötung oder durch leitfähigen Klebstoff oder durch Verschweißung einer Kappe, die am Spitzenabschnitt in Einschubrichtung des elektronischen ra­ dialen Wandlers vorgesehen ist. Das Kabel ist ein Koaxialkabel mit weniger als 0,3 mm Außendurchmesser.

Gemäß der Erfindung weist eine Ultraschallsonde weiterhin einen harten Spitzenabschnitt auf mit einem zylindrischen Abschnitt größeren Durchmessers und einem zylindrischen Abschnitt gerin­ geren Durchmessers, einem Ultraschallwandler, der in den zylin­ drischen Abschnitt des harten Spitzenabschnittes mit geringerem Durchmesser paßt, und einer Spitzenkappe, die einen zylin­ drischen Abschnitt geringeren Durchmessers aufweist, der paß­ genau in ein axiales Loch im harten Abschnitt eingeschoben ist, wobei die Reihe mehrerer Kabel, die in das axiale zylindrische Loch des harten Abschnittes eingeschoben sind, auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnittes geringeren Durch­ messers mittels eines ersten Gummiteiles gehalten sind und der obere Endabschnitt in radialer Richtung vom Substrat weggebogen und mit einer Kabelgruppe verbunden ist, die mittels eines zweiten Gummiteils durch die Spitzenkappe an dem ringförmigen Substrat befestigt ist.

Gemäß der Erfindung kann das Kabel mit hoher Zuverlässigkeit und geringem Widerstand mit dem elektronischen Radialwandler verbunden werden und es kann auch die Länge des harten Spitzen­ abschnittes des Endoskops verringert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Aufbaus der Spitze des Ein­ schubabschnittes eines ersten Ausführungsbeispieles einer Ultraschallsonde gemäß der Erfindung;

Fig. 2a einen Aufriß, teilweise im Schnitt, des Aufbaus eines Meßkopfes einschließlich eines Ultraschallwandlers;

Fig. 2b eine Stirnansicht des Aufbaus des Meßkopfes ein­ schließlich eines Ultraschallwandlers;

Fig. 2c eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2b einge­ kreisten Abschnittes A;

Fig. 3a eine Reihe von Koaxialkabeln mit einem biegsamen Sub­ strat zur Verwendung mit einer Ultraschallsonde gemäß der Erfindung;

Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß Fig. 3a;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Anschlusses eines Koaxialkabels gemäß Fig. 3a;

Fig. 5 eine Teil-Stirnansicht der oberen Fläche eines Ultra­ schallwandlers einer Ultraschallsonde gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Reihe von Koaxialkabeln mit einem biegsamen Substrat in der Form eines Lüftergebläses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Teil-Stirnansicht der oberen Fläche eines Ultra­ schallwandlers nach einem dritten Ausführungsbeispiel einer Ultraschallsonde;

Fig. 8 eine Reihe von Koaxialkabeln mit einem besonders kleinen biegsamen Substrat gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel einer Ultraschallsonde;

Fig. 9 eine Reihe von Koaxialkabeln zur Verwendung mit einem biegsamen Substrat, das relativ groß ist, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einer Ultraschallsonde;

Fig. 10 eine Stirnansicht des gesamten ringförmigen biegsamen Substrates nach einem vierten Ausführungsbeispiel einer Ultraschallsonde;

Fig. 11a eine Reihe von Koaxialkabeln mit einem biegsamen Substrat zur Verwendung in einer Ultraschallsonde in vergrößerter Darstellung des Abschnittes C gemäß Fig. 10.

Fig. 11b einen Querschnitt entlang der Linie D-D von Fig. 11a;

Fig. 12a eine Draufsicht auf den Aufbau der Spitze des Ein­ führabschnittes eines fünften Ausführungsbeispieles einer Ultraschallsonde;

Fig. 12b eine Seitenansicht des Aufbaus der Spitzes des Ein­ führabschnittes des fünften Ausführungsbeispieles;

Fig. 13a einen Schnitt durch den Aufbau einer Spitze eines Einführabschnittes eines sechsten Ausführungsbei­ spieles einer Ultraschallsonde;

Fig. 13b einen Schnitt entlang der Linie E-E nach Fig. 13a;

Fig. 13c einen Schnitt entlang der Linie F-F gemäß Fig. 13a;

Fig. 14a einen Schnitt durch ein biegsames Substrat entlang der Linie G-G nach Fig. 13 und eine Darstellung eines ringförmigen Substrates gemäß dem sechsten Aus­ führungsbeispiel; und

Fig. 14b eine Leiterstruktur im Detail, die auf die obere Fläche des biegsamen Substrates aufgetragen (auf­ gedruckt) ist.

In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ultraschallsonde dargestellt. Dabei sind funktionsgleiche bzw. funktionsähnliche Teile mit gleichen Be­ zugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt den Aufbau der Spitze des Einführabschnittes eines ersten Ausführungsbeispieles einer Ultraschallsonde. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Ultraschallsonde auf dem Einführabschnitt eines Ultraschall-Endoskops vom elektronischen Radialtyp angeordnet und ein Ultraschallwandler 1 ist an der Spitze der Sonde vorgesehen. Die Spitze ist in Einführrichtung (in der Figur also links) mit beispielsweise einer Kappe 2 aus Kunststoff und einem Ballon-Kanal versehen. Der Ultraschall­ wandler 1 ist so unterteilt, daß ein Ultraschallbild in einer Ebene senkrecht zur Einführachse erhalten wird, wobei die Rück­ seite des Ultraschallwandlers 1 (in der Figur die rechte Seite) mit einem harten Abschnitt 5 verbunden ist, der ein optisches Beobachtungssystem 3, einen Luft/Wasser-Versorgungskanal 4, einen Biegeabschnitt 6 und einen biegsamen Schlauch 7 aufweist, um an einen Betätigungsabschnitt (nicht gezeigt) angeschlossen werden zu können.

Die Fig. 2a-2c zeigen den Abschnitt, der den Ultraschall­ wandler 1 enthält. Fig. 2a zeigt eine obere Hälfte im Schnitt und eine untere Hälfte in Draufsicht. Die Außenfläche der ein­ zelnen Wandlerelemente 8 ist durch eine Justierschicht 9 abge­ deckt. Ein Element 8 weist ein piezoelektrisches Keramikteil 12 (beispielsweise PCT) auf, das zwischen eine obere Elektrode (SIGNAL) 10 und eine untere Elektrode (GND-Masse) 11 gelegt ist. Der untere Abschnitt der unteren Elektrode (GND) 11 ist mit einem Stützteil 13 versehen. Der Ultraschallwandler 1 ist so aufgeteilt und angeordnet, daß die zur Einführrichtung or­ thogonale Ebene abgetastet wird, wobei die Stirnfläche der Spitze des Ultraschallwandlers 1 mittels eines Klebers mit einem ringförmigen Substrat 14 für das Stützteil 13 versehen ist.

Wie in Fig. 2b und Fig. 3c (letztere zeigt den Abschnitt A von Fig. 2b in vergrößertem Maßstab) gezeigt ist, ist das ringförmige Substrat 14 mit einer Signalübertragungsstruktur 15 versehen, die den einzelnen Elementen 8 entspricht, wobei die Struktur radial ausgerichtet mit jeweils gleichen Abständen gedruckt ist und wobei ein Masseanschluß 16 konzentrisch nahe der Mittelachse des Ultraschallwandlers ausgebildet (auf­ gedruckt) ist. Die zur Mitte hin gerichteten Endabschnitte der Signalübertragungsstruktur 15 sind integral mit Kontaktflecken 17 versehen, die wesentlich breiter sind als die übrigen Ab­ schnitte der Signalübertragungsstruktur 15. Die einzelnen Ele­ mente der Signalübertragungsstruktur 15 sind über Drähte 18 elektrisch mit einer oberen Elektrode 10 verbunden und der Masseanschluß 16 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 11 durch Anlöten eines Drahtes 19 oder durch Anschweißen oder Kleben mittels eines leitenden Schweiß- oder Klebemittels ver­ bunden. Das ringförmige Substrat 14 ist mit einem Positionier­ vorsprung 20 versehen zum Positionieren eines fächerförmigen biegsamen Substrates 22, das in Fig. 3a auf dem gleichen kreisförmigen Umfang unter einem gewissen Abstand dargestellt ist.

Fig. 3a ist eine detaillierte Darstellung einer Gruppe von Koaxialkabeln unter Verwendung eines biegsamen Substrates in der Ultraschallsonde und Fig. 3b ist Schnitt entlang der Linie B-B von Fig. 3a. In den Fig. 3a und 3b bezeichnet das Be­ zugszeichen 21 ein Koaxialkabel, das von einem Kontakt einer Ultraschallbeobachtungseinrichtung (nicht gezeigt) wegführt. Das andere Ende des Koaxialkabels 21 ist mit dem fächerförmigen biegsamen Substrat 22 verbunden. Das fächer- oder ventilator­ förmige biegsame Substrat 22 ist mit einer Signalübertragungs­ struktur 23 versehen, die sich äquidistant radial erstreckende Elemente aufweist, die jeweils aufgedruckt sind, und einen Masseanschluß 24, der konzentrisch am zur Mitte hin gerichteten Ende der fächerförmigen Struktur vorgesehen ist. Die auf das fächerförmige biegsame Substrat 22 aufgedruckte Signalübertra­ gungsstruktur 23 hat einen Aufbau, der der Signalübertragungs­ struktur des ringförmigen Substrates 14 entspricht. Die Signal­ übertragungsstruktur 23 und der Masseanschluß 24 sind so aus­ geformt, daß an entsprechenden Stellen der Rückseite des lüf­ terförmigen flexiblen Substrates 22 leitfähige Strukturen ge­ bildet sind.

Die Signalübertragungsstruktur 23 ist an ihren einzelnen Ele­ menten jeweils mit zur Mitte hin gerichteten Kontaktpunkten 25 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zu den Kontakt­ punkten 14 des ringförmigen Substrates 14 versehen. Die Signal­ übertragungsstruktur 23 ist elektrisch mit Kerndrähten 26 der Koaxialkabel 21 verbunden, und zwar durch Lötung oder andere Verbindungen mittels beispielsweise eines leitfähigen Klebers. Die Abschirmleiter 27 der Koaxialkabel 21 sind elektrisch mit dem Masseanschluß 24 durch Lötung oder Befestigung mittels eines Klebers verbunden. Das lüfterförmige biegsame Substrat 22 ist an seiner Seite mit halbkreisförmigen Löchern 28 zum Posi­ tionieren versehen, wobei die Positionierung beim Befestigen an dem ringförmigen Substrat 14 erfolgt, nämlich dadurch, daß der Innendurchmesser der halbkreisförmigen Löcher 28 auf die Posi­ tioniervorsprünge 20 abgestimmt ist.

Das Verfahren, mit dem die Koaxialkabel gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel angeschlossen werden, ist in Fig. 4 er­ läutert. Wie Fig. 4 zeigt, handelt es sich um den Anschluß des Ultraschallwandlers 1 an die Koaxialkabel 21 mit dem flexiblen Substrat. Vorausgesetzt, daß gemäß Fig. 3 die Koaxialkabel 21 zuvor durch Lötung oder Befestigung mittels eines leitfähigen Klebers am fächerförmigen biegsamen Substrat befestigt worden sind, erfolgt die weitere elektrische Verbindung gemäß Fig. 4.

Wie Fig. 4 zeigt, erstrecken sich dabei die Koaxialkabel 21 am flexiblen Substrat durch ein Loch im zentralen Abschnitt des Ultraschallwandlers 1. Beim Positionieren werden die halbkreis­ förmigen Löcher 28 am biegsamen Substrat 22 genau auf die Posi­ tioniervorsprünge 20 des ringförmigen Substrates 14 aufgesetzt und die Kontaktpunkte 25 am fächerförmigen biegsamen Substrat 22 werden elektrisch mit den Kontaktpunkten 17 am ringförmigen Substrat 14 durch Löten oder Befestigung mittels leitfähigem Kleber derart befestigt, daß die Punkte 25 und 27 jeweils di­ rekt übereinanderliegen. Weiterhin wird dabei der Masseanschluß 24 des fächerförmigen biegsamen Substrates 22 elektrisch mit dem Masseanschluß 16 des ringförmigen Substrates 14 durch Löten oder mittels eines leitfähigen Klebers verbunden.

Nach diesen Schritten kann gemäß Fig. 1 die Kappe 22 am Ultra­ schallwandler 1 befestigt werden und die Befestigung des Ultra­ schallwandlers 1 am harten Spitzenabschnitt 5 ist vollständig.

Mit diesem ersten Ausführungsbeispiel wird folgendes erreicht:
Zunächst ist nach Entfernung der Kappe 2 aufgrund des Zusammen­ passens des ringförmigen Substrates 14 und des fächerförmigen biegsamen Substrates 22 eine einfache Entfernung des Ultra­ schallwandlers 1 möglich.

Zweitens ist auch der elektrische Anschluß des Ultraschallwand­ lers 1 durch Verbindung des ringförmigen Substrates 14 und des fächerförmigen biegsamen Substrates 22 nach dem vorstehend be­ schriebenen Verfahren in einfacher Weise möglich.

Drittens ergibt sich ein einfacher Zusammenbau und eine ein­ fache Wartung sowie Reparatur der Kabelanordnung.

Viertens können dadurch, daß die Verbindungsstellen des Kabels zwischen dem Ultraschallwandler 1 und der Kappe 2 angeordnet sind, der Außendurchmesser des harten Spitzenabschnittes des Endoskopes und auch dessen Länge verringert werden.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Stirnfläche eines Ultra­ schallwandlers einer Ultraschallsonde gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel und Fig. 6 ist eine Detailansicht einer Reihe von Koaxialkabeln mit einem fächerförmigen flexiblen Substrat gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel. Die in den Fig. 5 und 6 nicht gezeigten Teile der Vorrichtungen entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels, so daß insoweit auf deren Be­ schreibung verwiesen werden kann.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 5 das ring­ förmige Substrat 29 mit zwei Arten von Signalübertragungs­ strukturen 30 und 31 versehen, die einander abwechselnd ange­ ordnet sind mit unterschiedlichen Längen in radialer Richtung. Die einzelnen Elemente der Signalübertragungsstrukturen 30, 31 sind an ihren zum Zentrum gerichteten Enden mit Kontaktpunkten 32, 33 versehen. Wie Fig. 6 zeigt, wechseln auf dem fächer­ förmigen flexiblen Substrat 34 die zwei Arten von Signalüber­ tragungsstrukturen 35 und 36 unterschiedlicher Länge in ra­ dialer Richtung einander ab. Der Mittenabstand der Signalüber­ tragungsstruktur 35, 36 des fächerförmigen flexiblen Substrates 34 ist der gleiche wie der Mittenabstand der Elemente der Sig­ nalübertragungsstruktur des ringförmigen Substrates 29. Die Signalübertragungsstrukturen 35, 36 sind an ihren jeweils dem Zentrum zugekehrten Enden mit Kontaktpunkten 37 bzw. 38 ver­ sehen.

Das Verfahren zum Anschließen der Koaxialkabel bei diesem zwei­ ten Ausführungsbeispiel soll unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert werden. Es sei wieder angenommen, daß die Ko­ axialkabel 21 in gleicher Weise, wie anhand der Fig. 3 oben erläutert wurde, durch Löten oder leitfähigen Kleber mit dem fächerförmigen flexiblen Substrat 34 verbunden sind.

Dann wird zunächst das Koaxialkabelsystem 21 am flexiblen Sub­ strat durch das Loch im zentralen Abschnitt des Ultraschall­ wandlers 1 geführt, wobei es vom ringförmigen Substrat vor­ steht. Sodann werden die halbkreisförmigen Löcher 28 am fächer­ förmigen flexiblen Substrat 34 gemäß Fig. 6 zum Positionieren auf die Positioniervorsprünge 20 des ringförmigen Substrates 29 gemäß Fig. 5 aufgesetzt und die Kontaktstellen 37, 38 des fächerförmigen flexiblen Substrates 34 werden elektrisch an die Kontaktstellen 32, 33 des ringförmigen Substrates 29 ange­ schlossen, wobei diese Kontaktstellen jeweils übereinander lie­ gen und durch Löten oder einen leitfähigen Kleber verbunden sind. Weiterhin wird der Masseanschluß 24 des fächerförmigen flexiblen Substrates 34 elektrisch mit dem Masseanschluß 16 des ringförmigen Substrates 29 durch Lötung oder einen leitfähigen Kleber verbunden.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden alle obenbe­ schriebenen Vorteile des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 ebenfalls erreicht, wobei ein höchst enger Abstand zwischen den einzelnen Elementen der Signalübertragungsstruktur und des Wand­ lers ermöglicht ist.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnfläche eines dritten Ausführungsbeispieles eines Ultraschallwandlers für eine Ultra­ schallsonde. Fig. 8 zeigt für dieses Ausführungsbeispiel im Detail eine Reihe von Koaxialkabeln mit dem schmalen, fächer­ förmigen und biegsamen Substrat, während Fig. 9 im Detail eine Reihe von Koaxialkabeln mit einem größeren fächerförmigen bieg­ samen Substrat für dieses dritte Ausführungsbeispiel zeigt. Die in den Fig. 7, 8 und 9 nicht gezeigten Teile entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispieles.

Beim dritten Ausführungsbeispiel ist das in Fig. 7 gezeigte ringförmige Substrat mit Positioniervorsprüngen 42, 43 für ein kleines, fächerförmiges, biegsames Substrat 40 gemäß Fig. 8 versehen. Die Positioniervorsprünge entsprechen auch dem großen fächerförmigen biegsamen Substrat 41 nach Fig. 9. Die Abstände der Projektionsvorsprünge in Umfangsrichtung bzw. der entspre­ chenden Löcher in den Substraten sind also einander entspre­ chend. Wie Fig. 8 zeigt, ist das kleine fächerförmige flexible Substrat 40 mit einer Signalübertragungsstruktur 45 aus ein­ zelnen leitfähigen Elementen versehen, wobei die Kontaktpunkte 44 auf einem Kreis um das Zentrum des Wandlers äquidistant an­ geordnet sind. Die Elemente der Signalübertragungsstruktur 45 haben jeweils Abstände, die doppelt so groß sind wie der Ele­ mentenabstand beim Ultraschallwandler (die Abstände jeweils von Mitte zu Mitte gemessen). Das kleine fächerförmige flexible Substrat 40 ist auf seiner zur Mitte hin gerichteten Seite mit einem Masseanschluß 47 versehen, der Vorsprünge 46 aufweist.

Die Vorsprünge 46 des Masseanschlusses 47 stellen einen elek­ trischen Kontakt zum Masseanschluß 48 des ringförmigen Sub­ strates 39 her. Ein Vorsprung 46 kann auch eine elektrische Leitung zur Rückseite des kleinen fächerförmigen flexiblen Substrates 40 herstellen, jedoch kann der andere Masseanschluß 47 nicht an die Rückseite des kleinen fächerförmigen flexiblen Substrates 40 angeschlossen werden.

Wie Fig. 9 zeigt, ist das große fächerförmige flexible Sub­ strat 41 mit einer Signalübertragungsstruktur 50 versehen, deren Elemente Kontaktpunkte 49 aufweisen, die auf einem Kreis und äquidistant angeordnet sind. Die Abstände der Elemente der Signalübertragungsstruktur 50 sind zweimal so groß wie der Ele­ mentenabstand beim Ultraschallwandler. Das große fächerförmige flexible Substrat 41 ist auf seiner zur Mitte hin gerichteten Seite mit einem Masseanschluß 41 versehen, der auf das Substrat aufgedruckt ist. Der Masseanschluß 51 kann nicht elektrisch mit der Rückseite des großen fächerförmigen flexiblen Substrates 41 verbunden werden. Der Masseanschluß 51 ist elektrisch an Zulei­ tungsdrähte 52 durch Löten oder einen leitfähigen Klebstoff angeschlossen.

Die Technik des Anschließens der Koaxialkabel gemäß dein dritten Ausführungsbeispiel soll nun anhand der Fig. 7 bis 9 erläu­ tert werden.

Zunächst wird gemäß den Fig. 8 und 9 jedes Koaxialkabel 21 elektrisch an das fächerförmige biegsame Substrat 41 bzw. 42 durch Löten oder einen elektrisch leitfähigen Klebstoff ange­ schlossen. Sodann werden das kleine fächerförmige flexible Substrat 40 und das große fächerförmige flexible Substrat 41 durch den Zentralabschnitt des Ultraschallwandlers 1 geführt, so daß sie vom Zentralabschnitt des ringförmigen Substrates 18 vorstehen. Sodann werden die Kontaktstellen 44 des kleinen fächerförmigen flexiblen Substrates 40 und die Kontaktstellen 54 des ringförmigen Substrates 39 elektrisch durch Löten oder einen elektrisch leitfähigen Kunststoff verbunden, wobei die exakte Positionierung dadurch erfolgt, daß die halbkreisför­ migen Löcher 53 des kleinen fächerförmigen flexiblen Substrates 40 genau auf die Positioniervorsprünge 42 des ringförmigen Sub­ strates 39 gesetzt sind. Der vorspringende Abschnitt 46 des kleinen fächerförmigen flexiblen Substrates 40 und der Masse­ anschluß 48 des ringförmigen Substrates 39 sind elektrisch durch Löten oder einen leitfähigen Klebstoff verbunden.

Sodann werden die Kontaktstellen 49 des großen fächerförmigen flexiblen Substrates 41 und die Kontaktstellen 56 des ringför­ migen Substrates 39 elektrisch miteinander durch Löten oder einen leitfähigen Klebstoff verbunden, wobei die Positionierung dadurch erfolgt, daß die halbkreisförmigen Löcher 55 des großen fächerförmigen flexiblen Substrates genau auf die Positionier­ vorsprünge 43 des ringförmigen Substrates 39 passen. Sodann wird derjenige Endabschnitt der Zuführleitungen 52 des großen fächerförmigen flexiblen Substrates 41, der noch nicht ange­ schlossen ist, elektrisch mit dem Masseanschluß 48 des ring­ förmigen Substrates 39 durch Löten oder einen leitfähigen Kleb­ stoff verbunden.

Nach den zuvor beschriebenen Schritten wird gemäß Fig. 1 die Kappe 2 auf den Ultraschallwandler 1 aufgebracht, wonach der Zusammenbau des Ultraschallwandlers 1 und des harten Spitzen­ abschnittes 5 des Endoskops beendet ist.

Der Ultraschallwandler 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat die gleichen Vorzüge wie der Wandler nach dem zweiten Aus­ führungsbeispiel und es ist möglich, den Abstand der Elemente der Signalübertragungsstruktur der fächerförmigen flexiblen Substrate 40 bzw. 41 auf verschiedene Werte einzustellen.

Fig. 10 ist eine Draufsicht auf das gesamte ringförmige flex­ ible Substrat einer Ultraschallsonde gemäß einem vierten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung. Fig. 11a zeigt den Bereich "C" von Fig. 10 in vergrößertem Maßstab und Fig. 11b ist ein Schnitt entlang der Linie D-D von Fig. 11a. Die in den Fig. 10, 11a und 11b nicht gezeigten Teile entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispieles, so daß hier auf eine weitere Be­ schreibung verzichtet werden kann.

Wie Fig. 10 zeigt, ist das ringförmige flexible Substrat 57 der Ultraschallsonde gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel in­ tegral ringförmig ausgebildet, d. h. im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist das flexible Substrat nicht aus ein­ zelnen Ringabschnitten, die Seite an Seite liegen, zusammenge­ fügt, sondern einstückig. Entsprechend sind beim ersten Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3 am fächerförmigen flexiblen Sub­ strat 22 halbkreisförmige Löcher 28 zum Positionieren vorge­ sehen, während beim vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11a volle Positionierlöcher 58 vorgesehen sind. Die "Fächer" der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere des ersten Ausführungsbeispieles, sind also im Einbauzustand direkt anein­ anderliegend, Seite an Seite montiert.

Das Anschließen der Koaxialkabel beim vierten Ausführungsbei­ spiel soll nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10, 11a und 11b erläutert werden.

Wie die Fig. 10, 11a und 11b zeigen, sind die Koaxialkabel 21 elektrisch an das ringförmige flexible Substrat 57 durch Löten oder einen leitfähigen Kunststoff angeschlossen. Sodann wird das ringförmige flexible Substrat 57 durch die zentrale Öffnung im Ultraschallwandler 1 geführt, bis es über den zen­ tralen Abschnitt des ringförmigen Substrates 14 vorsteht. So­ dann wird der Masseanschluß 24 des ringförmigen flexiblen Sub­ strates 57 elektrisch an den Masseanschluß 16 des ringförmigen Substrates 14 durch Löten oder einen leitfähigen Kleber ange­ schlossen, wobei die Positionierung mittels der Positionier­ löcher 58 erfolgt.

Nach diesen Schritten wird gemäß Fig. 1 die Kappe 2 am Ultra­ schallwandler 1 befestigt, wonach der Zusammenbau des Ultra­ schallwandlers 1 im harten Endabschnitt 5 des Endoskops beendet ist.

Das beschriebene vierte Ausführungsbeispiel einer Ultraschall­ sonde ist hinsichtlich Zusammenbau, Wartung und Reparatur im Aufbau besonders vorteilhaft. Die Verbindungsstellen der Kabel sind zwischen dem Ultraschallwandler 1 und der Kappe 2 ange­ ordnet, so daß der Außendurchmesser des harten Spitzenab­ schnittes des Endoskops und auch dessen Länge relativ gering gehalten werden können.

Die Fig. 12a und 12b zeigen den Aufbau der Spitze des Ein­ führabschnittes eines fünften Ausführungsbeispieles einer Ultraschallsonde. Auch hier ist die Ultraschallsonde vom so­ genannten "elektronischen Radialtyp". Gemäß Fig. 12a sind ein direkt nach vorne gerichtetes optisches Beobachtungssystem 49 und ein Luft/Wasser-Versorgungskanal 60 im Spitzenabschnitt der Ultraschallsonde angeordnet. Wie Fig. 12b zeigt, ist der Ultraschallwandler 61 auf der Rückseite des optischen Beobach­ tungssystems 59 angeordnet. Auf der dem Betätigungsabschnitt (nicht gezeigt) zugekehrten Seite des harten Spitzenabschnittes ist ein Versorgungskanal 62 für einen Wasserballon vorgesehen sowie ein Biegeabschnitt 63 und ein flexibler Schlauch 64 in der angegebenen Reihenfolge. Der Aufbau der übrigen Teile ent­ spricht den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Anschluß der Kabel der Ultraschallsonde mit Vorzügen hinsichtlich Zusammenbau und Re­ paratur sowie hinsichtlich der Abmessungen ebenfalls gegeben ist.

Der Anschluß der Koaxialkabel beim fünften Ausführungsbeispiel entspricht dem Anschluß bei den ersten bis vierten Ausführungs­ beispielen. Auch die sich ergebenden Eigenschaften und Vorteile entsprechen denen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Fig. 13a ist ein Schnitt durch einen Spitzenabschnitt eines sechsten Ausführungsbeispieles einer Ultraschallsonde. Fig. 13b ist ein Schnitt entlang der Linie E-E von Fig. 13a und Fig. 13c ist ein Schnitt entlang der Linie F-F von Fig. 13a.

Die Ultraschallsonde des sechsten Ausführungsbeispieles ist ebenfalls am Einführabschnitt eines Ultraschall-Endoskopes an­ gebracht, und zwar hier eines Endoskopes vom elektronischen "Radialtyp", bei dem in Vorwärtsrichtung beobachtet wird. Die Spitze des Einführabschnittes weist einen harten Abschnitt 65 als Hauptteil auf, sowie einen Ultraschallwandler 66 und eine Kappe 67. Der Aufbau der anderen Teile, die bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel nicht besonders erläutert sind, kann demjenigen der ersten bis fünften Ausführungsbeispiele entsprechen. Dies betrifft insbesondere den Anschluß der Kabel an der Ultra­ schallsonde, der auch hier so gestaltet werden kann, daß bei Zusammenbau und Reparatur ein Abbau des Kabels und des flex­ iblen Substrates vom Wandler vermieden werden kann.

Das bedeutet, daß auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Gruppe von Koaxialkabeln 68 sich von der Beobachtungseinrich­ tung (nicht gezeigt) zum harten Abschnitt 65 in gleicher Weise wie bei den ersten und fünften Ausführungsbeispielen erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Koaxialkabel-Gruppen 68 ebenfalls am unteren Ende des flexiblen Substrates 70 in einem axialen kreisförmigen Loch 69 des harten Abschnittes 65 ange­ schlossen. Der obere Endabschnitt des flexiblen Substrates 70 erstreckt sich durch das kreisförmige Loch 69 und ist nach außen abgebogen, wobei sich der abgebogene Abschnitt bis zum ringförmigen Substrat 71 erstreckt (vgl. auch Fig. 14a).

Fig. 14a zeigt das flexible Substrat 70 und das ringförmige Substrat 71 des sechsten Ausführungsbeispieles. Diese Darstel­ lung ist ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie G-G von Fig. 13a. Fig. 14b ist eine detaillierte Darstellung des Lei­ tungsmusters, das auf die obere Fläche des flexiblen Substrates 70 aufgedruckt ist. Wie Fig. 14b zeigt, ist das flexible Sub­ strat 70 an seiner oberen Fläche mit einer Mehrzahl von Signal­ übertragungsstrukturen 72, Anschlußabschnitten 74 und 82, die an den beiden Enden der Signalübertragungsleitungen 72 angeord­ net sind, und Masseanschlüssen versehen. Verbindungsleitungen für das Massepotential (nicht gezeigt) der Koaxialkabelgruppen 68 sind an die Masseanschlüsse 73 angeschlossen und Signalüber­ tragungsleitungen (nicht gezeigt) der Koaxialkabelgruppen 68 sind an die Anschlußabschnitte 82 der Signalübertragungslei­ tungen 72 angeschlossen. Die Anschlußabschnitte 74 der Signal­ übertragungsleitung 72 sind elektrisch mit den Signalübertra­ gungsleitungen 72 verbunden, die über den gesamten Umfang des Endabschnittes des ringförmigen Substrates 71 verteilt sind, wobei die Verbindung durch Drähte oder dergleichen erfolgen kann.

Wenn bei den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen beim Ka­ belanschluß der Einführabschnitt der Ultraschallsonde gebogen wird, wird das Koaxialkabel in den Einführabschnitt gezogen, so daß die Gefahr besteht, daß das Koaxialkabel vom Ultraschall­ wandler weggezogen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur Verhinderung des Problems die Koaxialkabelgruppe 68 und das flexible Substrat 70 mittels Gummiteilen 76 und 77 festgelegt, so daß die Koaxialkabelgruppe 68 und das flexible Substrat 70 nicht von der Spitze des Einführabschnittes der Ultraschall­ sonde weggezogen werden.

Im einzelnen ist die Koaxialkabelgruppe 68 auf der Außenfläche eines kleineren zylindrischen Abschnittes 78 der Kappe 67 mittels des ersten Gummiteils 76 fixiert. Der obere, radial gebogene Abschnitt des flexiblen Substrates 70 ist auf dem ringförmigen Substrat 71 mittels der elastischen Kraft des zweiten Gummiteils 77 fixiert, wobei die Orte von radialen Löchern 80 im größeren zylindrischen Abschnitt des harten Ab­ schnittes 65 und Schraubenlöchern 81 im kleineren zylindrischen Abschnitt der Kappe 67 miteinander fluchten und wobei die Kappe 67 mittels wasserdichter Schrauben 79 über das ringförmige Sub­ strat 71 und das zweite Gummiteil 77 am harten Abschnitt 65 befestigt sind. Das zweite Gummiteil 77 dient auch dazu, die Kappe 67 in bezug auf den Abschnitt geringeren Durchmessers des harten Abschnittes 65 wasserdicht zu positionieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der harte Abschnitt so auf­ gebaut, daß der Ultraschallwandler 66 auf dem Abschnitt mit geringerem Durchmesser abgestützt ist, jedoch kann auch, wie sich aus Fig. 13a ergibt, der Rand des Loches 80 im harten Abschnitt 65 hierzu dienen.

Nunmehr soll unter Bezugnahme auf die Fig. 13a und 13b das Verfahren zum Austauschen des Ultraschallwandlers und der Ko­ axialkabel beim sechsten Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Beim Austausch des Ultraschallwandlers werden zunächst die wasserdichten Schrauben 79 (Fig. 13a, 13c) entfernt und die Spitzenkappe 67 und das Gummiteil 77 werden nach oben abgehoben und entfernt. Die Drahtverbindung zum Anschließen des ringför­ migen Substrates 71 an die Signalübertragungsstruktur 75 des flexiblen Substrates 70 wird entfernt und sodann wird der de­ fekte Ultraschallwandler 66 entnommen und durch einen neuen Ultraschallwandler 66 ersetzt. Beim Austausch der Koaxialka­ belgruppe 68 werden in gleicher Weise wie vorstehend beschrie­ ben, die wasserdichten Schrauben 79 entfernt, die Spitzenkappe 67 und das Gummiteil 77 abgenommen, die Drahtverbindung zum Verbinden des ringförmigen Substrates 71 und der Signalüber­ tragungsstruktur 75 des flexiblen Substrates 70 entfernt und die Koaxialkabelgruppe 68 wird herausgezogen und sodann wird eine neue Koaxialkabelgruppe 68 eingeführt.

Bei der Ultraschallsonde gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist ein Anschluß der Kabel an den radialen Ultraschallwandler mit günstigen Eigenschaften hinsichtlich Zusammenbau und Repa­ ratur dadurch möglich, daß der Ultraschallwandler 66 und die Koaxialkabelgruppe 68 über das flexible Substrat 70 und das ringförmige Substrat 71 angeschlossen sind.

Es ist auch möglich, eine Befestigungsart vorzusehen, die ver­ hindert, daß das Kabel und das flexible Substrat vom Ultra­ schallwandler entfernt werden, nämlich dadurch, daß die Ko­ axialkabelgruppe 68 mit den Gummiteilen 76, 77 fest verbunden wird.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können viel­ fältig abgewandelt werden. Beispielsweise können die mehreren Kabelgruppen, die an die Signalübertragungsstruktur des Sub­ strates angeschlossen sind, auch innenseitig des ringförmigen Substrates angeordnet werden. Zumindest eines der Substrate mit Signalübertragungsstrukturen kann flexibel (biegsam) gestaltet werden. Die Signalübertragungsstrukturen des ringförmigen Sub­ strates können radial ausgerichtet sein. Die Form des Sub­ strates kann fächerförmig, wie ein Bierdeckel mit Loch oder auch ringförmig sein.

Der elektrische Anschluß des Substrates bzw. des ringförmigen Substrates kann beispielsweise durch Löten oder ein elektrisch leitfähiges Klebematerial erfolgen oder auch durch die Kappe selbst, die an der Spitze des Einführabschnittes des Wandlers angeordnet ist. Bei den Kabeln kann es sich um Koaxialkabel mit einem Außendurchmesser handeln, der kleiner ist als 0,3 mm.

Das vorstehend beschriebene sechste Ausführungsbeispiel ver­ wendet ein Ultraschallendoskop vom sogenannten elektronischen Radialtyp mit Frontsicht, jedoch ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Beispielsweise können auch das optische System und die Kanäle des Ultraschallendoskopes im zylinderförmigen Abschnitt 78 der Spitzenkappe 67 angeordnet werden, wodurch die Länge des harten Spitzenabschnittes verringert werden kann, oder es kann das Ganze auch bei einer Ultraschallsonde ohne Endoskop-Funktion eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Ultraschallsonde mit einem elektronischen, radialen Wandler (1), in dem eine Mehrzahl von Reihen piezoelektrischer Ele­ mente mit Elektroden auf beiden Hauptflächen nebeneinander lie­ gend auf einem kreisförmigen Stützteil (13) angeordnet sind, einem ringförmigen Substrat (14) auf einer Stirnfläche in Ein­ führrichtung der Reihen piezoelektrischer Elemente des elek­ tronischen radialen Wandlers (1), einer Signalübertragungs­ struktur (15), die jeweils mit einer Elektrode der piezoelek­ trischen Elemente verbunden ist, und mit zumindest einem Sub­ strat (22), das eine Signalübertragungsstruktur aufweist, die so ausgeformt ist, daß eine elektrisch leitende Verbindung zu zugeordneten Elementen der Signalübertragungsstruktur (15) des ringförmigen Substrates (14) herstellbar ist.

2. Ultraschallsonde gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Kabeln, die mit der Signalübertragungsstruktur des Substrates (22) verbunden sind, innenseitig des ringförmigen Substrates (14) angeordnet ist.

3. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Substrate (14, 22) eine Signalübertragungsstruktur aufweist, die so ausgeformt ist, daß sie einer zugeordneten Signalübertragungsstruktur des ringförmigen Substrates (14) gegenüberliegt, wobei das erstge­ nannte Substrat biegsam ist.

4. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungsstruktur des ringförmigen Substrates radial ausgerichtete Elemente aufweist.

5. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (22) die Form eines Fächers oder eines Ringes aufweist.

6. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (22) und das ringför­ mige Substrat (14) durch Lötung, einen leitfähigen Kleber oder durch eine Kappe (2) an der Spitze des Einführabschnittes des Wandlers (1) befestigt sind.

7. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde einen relativ harten Ab­ schnitt (5, 65) aufweist mit einem zylindrischen Abschnitt re­ lativ größeren Durchmessers und einem zylindrischen Abschnitt relativ kleineren Durchmessers, wobei der Ultraschallwandler (66) auf dem zylindrischen Abschnitt kleineren Durchmessers angeordnet ist, und mit einer Spitzenkappe (2; 67), die einen zylinderförmigen Abschnitt geringeren Durchmessers aufweist, der in eine axiale zylinderförmige Öffnung (69) im harten Ab­ schnitt (65) paßgenau eingeschoben ist, wobei die Mehrzahl von Kabeln (68) in die axiale zylinderförmige Öffnung des harten Abschnittes (65) geführt und auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnittes mittels eines ersten Gummiteils (66) befestigt ist, und wobei ein oberer Endabschnitt des Sub­ strates, an dem die Kabel befestigt sind, nach außen gebogen und an dem ringförmigen Substrat mittels eines zweiten Gummi­ teils (77) und mittels der Kappe (67) befestigt ist.

8. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kabel Koaxialkabel vorgesehen sind mit einem äußeren Durchmesser geringer als 0,3 mm.