DE3537904C3

DE3537904C3 - Ultraschallendoskopvorrichtung

Info

Publication number: DE3537904C3
Application number: DE3537904A
Authority: DE
Inventors: Outaro Andou; Eishi Ikuta
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2005-10-25
Also published as: US4674515A; DE3537904A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Ultraschallendoskopvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 beschriebenen, aus der EP 00 65 275 A1 bekannten Art.

Fig. 4 zeigt den elektrischen Aufbau eines bekannten Ultraschallendoskops mit einem Ultraschallwandler 201, der an dem Ende des Endoskops angebracht ist und mittels einer flexiblen Welle in Drehung versetzt wird. Die erzeugten Signale werden über eine Signalleitung 202 herausgeführt, deren eines Ende mit dem Wandler 201 und deren anderes Ende mit Bürstenkontakten 204 bzw. 203 verbunden ist, von denen der Bürstenkontakt 204 geerdet ist, während der Bürstenkontakt 203 mit einer externen Anzeigeeinheit 205 und über eine Störspannungsunterdrückungsdiode 206 mit einem Impulsgenerator 207 verbunden ist.

Ein derartiges Bürstenkontakte 203 und 204 verwendendes Ultraschallendoskop hat den Nachteil, daß Störspannungen in das empfangene schwache Ultraschallsignal eingemischt werden, die von dem plötzlichen Öffnen der Bürstenkontakte 203 und 204 während der Rotation oder von einer Änderung in der Kontaktpotentialdifferenz zwischen den die Bürste bildenden Kontakten herrühren. Die Störspannungen erscheinen bei der Anzeige eines Tomogramms, so daß dieses nur mit Schwierigkeiten ausgewertet werden kann. Aus der japanischen Offenlegungsschrift 41 539/1983 ist auch ein Endoskop bekannt, an dessen Ende ein Motor untergebracht ist und bei dem der Wandler mit der Motorwelle verbunden ist. Dieses Endoskop besitzt jedoch den gleichen Nachteil, wie dasjenige nach Fig. 1.

Fig. 5 zeigt ein weiteres bekanntes Endoskop, bei dem versucht wird, den vorgenannten Nachteil zu reduzieren.

Dieses Endoskop besitzt einen Vorverstärker 208 in dem in gestrichelter Linie gezeigten rotierenden Teil zur Verstärkung der empfangenen Ultraschallsignale vom Wandler 201. Da dieser Verstärker 208 synchron mit dem Wandler 201 rotiert, ist ein Bürstenkontakt 209 für die Stromzuleitung, ein Bürstenkontakt 210 zur Abgabe des Ausgangssignals des Vorverstärkers 208, ein Bürstenkontakt 211 für ein Massesignal und ein Bürstenkontakt 212 zum Anlegen eines Sendeimpulses erforderlich. Die Störungen abschneidende bzw. unterdrückende Diode 206 ist ebenfalls im rotierenden Teil vorgesehen. Da bei einem derartigen Endoskop die empfangenen Ultraschallsignale verstärkt werden, bevor sie durch den Bürstenkontakt 210 laufen, wird unter der Annahme, daß die am Bürstenkontakt 210 auftretende Störspannung äquivalent zu derjenigen am Bürstenkontakt 203 der Fig. 1 ist, das Signal/Stör- Spannungsverhältnis im Vergleich zur Schaltung nach Fig. 7 verbessert. In diesem Falle fließt jedoch der Versorgungsgleichstrom überlagert mit dem Signalstrom durch den Bürstenkontakt 211 der gemeinsamen Signalleitung und dieser Gleichstrom bringt wiederum ein Bürstenstörsignal mit sich und bewirkt Störungen in dem dargestellten Bild.

Aus der DE 32 19 118 A1 ist ferner eine Ultraschallendoskopvorrichtung bekannt, bei der am vorderen Ende des Endoskopeinführteils in einem Außenrohr ein stationärer Ultraschallwellenoszillator sowie diesem gegenüberliegend ein drehbarer Ultraschallwellenspiegel angeordnet sind. Längs der drehbaren Sende- und Empfangsfläche des Ultraschallwellenspiegels ist in dem Außenrohr eine sektorförmige Öffnung vorgesehen, wodurch die vom Ultraschallwellenoszillator erzeugten Ultraschallwellen durch Drehung des Ultraschallwellenspiegels in einem Sektor gesendet bzw. empfangen werden können. Da der Oszillator stationär angeordnet ist, treten zwar keine Probleme hinsichtlich der Signalübertragung auf, jedoch ist der Sende- und Empfangsbereich für die Ultraschallwellen auf den durch die Öffnung und den Spiegel bestimmten Sektor beschränkt.

Aus DE-Z: Elektronik, 25/26, 1981, Seiten 95 bis 99, ist es im Hinblick auf Trennverstärker bekannt, eine transformatorische Kopplung vorzusehen, bei der der gleiche Transformator sowohl zur Übertragung der Signalspannungen als auch zur Übertragung der für den Vorverstärker benötigten Stromversorgung eingesetzt wird.

Aus der AT 3 48 652 ist es bekannt, für die Darstellung von bewegten Schnittbildern nach dem Ultraschall-Schnittbildverfahren einen Drehtransformator zu verwenden. Infolge der koaxialen Anordnung der Spulenkörper ergibt sich jedoch ein Aufbau mit relativ großem Durchmesser, der sich für eine Ultraschallendoskopvorrichtung nicht eignet.

Aus der GB 1 321 940 ist ein Mehrkanal-Drehtransformator bekannt, der bei einem Videorecorder Anwendung findet, um Signale von einem sich drehenden Abtastkopf empfangen bzw. zu diesem übertragen zu können. Der erste wie auch der zweite Kanal besteht jeweils aus einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die im Stator bzw. Rotor axial gegenüberliegend angeordnet sind. Die Wicklungen für den ersten Kanal sind bezüglich der Wicklungen für den zweiten Kanal radial versetzt, wobei zwischen den entsprechenden Wicklungen für den ersten und zweiten Kanal ein eine geschlossene Schleife bildender Leiter angeordnet ist, um eine Kopplung zwischen den beiden Kanälen zu unterbinden.

Aus der eingangs erwähnten EP 00 65 275 A1 ist eine Ultraschallendoskopvorrichtung bekannt, bei der im vorderen Ende eines Einführteils ein Ultraschallwandler vorgesehen ist, der mittels einer flexiblen Welle in Drehung versetzt wird. Die elektrische Verbindung des sich drehenden Ultraschallwandlers mit ortsfester Anzeigeeinheit geschieht an der Nahtstelle zwischen dem sich drehenden Teil und dem ortsfesten Teil mittels Bürstenkontakten. Diese Bürstenkontakte haben jedoch den Nachteil, daß Störspannungen in dem von der Anzeigeeinheit empfangenen Signalen vorhanden sind, was die Güte der Anzeigeeinheit stark beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ultraschallendoskopvorrichtung der eingangs bzw. vorstehend beschriebenen Art so auszugestalten, daß unter Beibehaltung eines einfachen Aufbaus ein störspannungsfreies Signal an der Anzeigeeinheit empfangen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Ultraschallendoskopvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung weist eine Signalkopplung, beispielsweise einen Drehtransformator oder optische Kopplungsvorrichtung auf, die Signale kontaktlos zwischen einem rotierenden Teil, das Signale von einem Ultraschallwandler empfängt, der drehbar in dem Ende des Einführteiles eines Endoskops untergebracht ist und der Ultraschall- Hochfrequenzsignale über einen Vorverstärker ausgibt, und einer Ultraschallbildanzeigeeinheit überträgt, die die Ultraschall- Hochfrequenzausgangssignale von dem rotierenden Teil empfängt und das Ultraschallbild darstellt, wobei die primäre Eingangsseite der Signalkopplungsvorrichtung am Ausgang des rotierenden Teiles und ihre sekundäre Ausgangsseite an der Eingangsseite der Ultraschallbildanzeigeeinheit angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ultraschallendoskops gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schnittansicht von Elementen eines Ultraschallendoskops gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Ultraschallendoskopvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels mit einem Ultraschallendoskop 2, das eine Beobachtungsvorrichtung und eine Ultraschallwellenempfangs- und Aussendevorrichtung aufweist, sowie eine Sende- und Empfangseinheit 4, die mit dem Ultraschallendoskop 2 über ein Koaxialkabel 3 verbunden ist.

Die Sende-/Empfangseinheit 4 weist eine Anzeigeeinheit 20 auf, mit der das Koaxialkabel 3 verbunden ist, sowie einen Impulsgenerator 22, der über eine Diode 21 mit dem Koaxialkabel 3 verbunden ist.

Das Ultraschallendoskop 2 besitzt ein optisches Beobachtungssystem und ein optisches Beleuchtungssystem, die in dem Ende eines engen und hohlen Einführteils 5 untergebracht sind, das in eine Körperhöhle zur Beobachtung eingeführt wird, sowie eine Ultraschallwandlereinheit (Ultraschallsonde) 6 an demjenigen Ende, das zu den optischen Systemen benachbart ist. Die Ultraschallwandlereinheit 6 besteht aus einem Ultraschallwandler 7, der die Ultraschallwelle empfängt, welche durch Anlegen eines Hochfrequenzsendeimpulses erzeugt wird, und diese in elektrische Signale umwandelt; ferner Elektroden zu beiden Seiten des Ultraschallwandlers, einer akustischen Schallsammellinse 8, die auf einer Wellensende- und Empfangsfläche des Wandlers 7 ausgebildet ist, und einem Dämpfungsglied 9, das an der anderen Fläche des Ultraschallwandlers 7 angeordnet ist.

Innerhalb des engen und hohlen Einführteiles 5 verläuft ein Lichtleiter 32 als Beleuchtungslichtübertragungsvorrichtung, der das Beleuchtungslicht von seiner Endfläche abstrahlt, die der Seitenfläche des Einführteiles 5 am Ende oder nahezu am Ende gegenüberliegt, wodurch das Objekt beleuchtet wird. In der Nähe der Endfläche des Lichtleiters 32 ist ein optisches Objektivsystem 33 zur Beobachtung angebracht und formt ein Bild des beleuchteten Objekts an der vorderen Endfläche des Bildlichtleiters 34, der als eine Bildübertragungsvorrichtung fungiert. Das durch den Bildlichtleiter 34 zur anderen Endfläche des Bildlichtleiters 34 in der Betriebseinheit 12 übertragene Bild kann dann von der Rückseite des Okularteils 23 beobachtet werden.

Das vordere Ende des Einführteils 5 in der Nähe der vorgenannten Beobachtungsvorrichtung ist mit einer Ultraschallwellen übertragenden Kunststoffkappe 37 bedeckt, in der ein Ultraschallwellen fortpflanzendes Medium 38 eingefüllt ist. Innerhalb der Kappe 37 ist die Ultraschallwandlereinheit 6 untergebracht, die mit einer rotierenden Welle 39 verbunden ist. Die Welle 39 wird durch Lager 40 abgestützt, die eine Abdichtfunktion haben, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Um die Welle 39 zwischen der Ultraschallwandlereinheit 6 und den Lagern 40 ist ein Drehtransformator 13 angeordnet.

Insbesondere ist der Magnetkern 19a auf der Rotorseite auf der Welle 39 angebracht und der gegenüberliegende Magnetkern 19b auf der Statorseite an der Innenwand des Einführteils 5 befestigt. In den sich wechselseitig gegenüberliegenden konzentrischen, konkaven Bereichen in den Magnetkernen 19a und 19b ist eine Rotorwicklung 13a bzw. Statorwicklung 13b untergebracht und befestigt, wobei die Rotorwicklung 13a mit der Ultraschallwandlereinheit 6 über Leitungsdrähte verbunden ist, während die Statorwicklung 13b über Leitungsdrähte zum Koaxialkabel 3 geführt ist, das sich durchgehend oder über einen Verbinder nach außen erstreckt.

Das hintere Ende der Welle 39 ist mit dem vorderen Ende einer flexiblen Welle 11 verbunden, die mittels eines Motors 16 über ein Zahnrad 15 in der Betriebseinheit 12 zur Rotation gebracht werden kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, dient der Lichtleiter 32 als Beleuchtungslichtübertragungsvorrichtung und erstreckt sich aus der Betriebseinheit 12 nach außen als ein Lichtleiterkabel und ist an eine Lichtquelleneinheit 41 angeschlossen.

Im Gegensatz zu bekannten Endoskopen, die Bürstenkontakte verwenden, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Endoskops die Sendeimpuls- und Empfangssignalübertragungsvorrichtung dadurch gebildet, daß ein Drehtransformator 13 in dem vorderen Ende des Einführteils 5 untergebracht wird. Störungen, wie sie durch Bürstenkontakte hervorgerufen werden, sowie ein Überlagern von Störungen über ein empfangenes Signal können somit vermieden werden.

Es ergeben sich somit Ultraschalltomogramme mit einem guten Nutz-/Störsigalverhältnis ohne Auftreten von Bürstenstörungen.

Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist der Motor 16 in der Betriebseinheit 12 untergebracht; es ist jedoch auch möglich, ihn im Einführteil 5 anzuordnen.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Ultraschallendoskopeinrichtung 91, die einen Ultraschallwandler 93 als Ultraschallwandlereinheit im Endteil 92 des Endoskops verwendet, wobei der Ultraschallwandler 93 mittels einer Antriebsvorrichtung, etwa einem Motor, über eine flexible Welle 94 gedreht wird, die durch den Einführteil läuft.

In der hohlen flexiblen Welle 94 ist ein Koaxialkabel 95 geführt, dessen eines Ende mit dem Wandler 93 verbunden ist, während sein anderes Ende in die Betriebseinheit geführt ist. In der Betriebseinheit befindet sich eine Verstärkereinheit 96, die zusammen mit der flexiblen Welle 94 gedreht wird.

Das andere mit dem Ultraschallwandler 93 verbundene Ende des Koaxialkabels 95 liegt am Eingang des Vorverstärkers 97 mit einem niedrigen Stör- bzw. Rauschwert in der Verstärkereinheit 96. Der Ausgang des Vorverstärkers 97 ist an den einen Anschluß einer lichtemittierenden Diode 98 gelegt, deren anderes Ende mit der gemeinsamen Klemme der Verstärkereinheit 96 zusammen mit der gemeinsamen Leitung für den Verstärker 97, das Koaxialkabel 95 und eine Solarbatterie 102 verbunden ist. Die lichtemittierende Diode 98 ist zusammen mit dem Vorverstärker 97 in der Verstärkereinheit 96 vorgesehen. Gegenüber der lichtemittierenden Diode 98 ist außerhalb der Verstärkereinheit 96 ein Fototransistor 99 angebracht, dessen Ausgang mit einer Anzeigeeinheit 100 verbunden ist, so daß hochfrequente Signale, die an den beiden Enden des Fototransistors auftreten, zu der Anzeigeeinheit 100 übertragen werden.

Die Versorgung des Vorverstärkers 97 in dem rotierenden Teil, wie er durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, erfolgt an der Versorgungsklemme des Vorverstärkers 97 mittels der elektromotorischen Kraft der Solarbatterie 102, die ringförmig um den rotierenden Teil gelegt ist, und zwar unter Verwendung eines Teils des Lichts des optischen Beleuchtungssystems (Lichtleiter) 101. Der Ausgang eines Impulsgenerators 103 ist mit dem Koaxialkabel 95 über einen Bürstenkontakt 104 und eine Diode 105 verbunden und der gemeinsame Anschluß in der Verstärkereinheit 96 ist an eine externe gemeinsame Signalleitung (Rückführung des Impulsgenerators 103) über eine Diode 106 und Bürstenkontakt 107 ausgeschlossen.

Bei dem so aufgebauten zweiten Ausführungsbeispiel läuft der vom Impulsgenerator 103 erzeugte Hochfrequenzimpuls durch den Bürstenkontakt 104 und die Diode 105 und weiter durch das Koaxialkabel 95 und wird an den Wandler 93 angelegt, so daß durch den Ultraschallwandler 93 eine Ultraschallwelle erregt wird, die auf das Objekt gerichtet wird. Die vom Objekt reflektierte Ultraschallwelle erregt den Ultraschallwandler 93, der diese Welle in ein elektrisches Hochfrequenzsignal umwandelt, das über das Koaxialkabel 95 zur Verstärkung an den Vorverstärker 97 gelegt wird. Das verstärkte Hochfrequenzsignal wird mittels der lichtemittierenden Diode 98 in ein Lichtsignal umgewandelt, das vom Fototransistor 99 empfangen wird und nach fotoelektrischer Umwandlung zur Anzeigeeinheit 100 gesandt wird, in der auf dem Anzeigeschirm ein Ultraschalltomogramm dargestellt wird. Die Versorgung zum Betrieb des Vorverstärkers 97 wird durch einen strahlenden Teil des Lichts vom Lichtleiter 101 zur Solarbatterie 102 erhalten. Da kein Bürstenkontakt in dem Empfangssignalweg und in dem Versorgungsstromweg verwendet wird, besteht keine Gefahr, daß eine Bürstenstörung dem empfangenen Signal überlagert wird. Da ferner der rotierende Teil und der ortsfeste Teil optisch gekoppelt sind, entsteht kein Störungseffekt am Kopplungspunkt und die Kopplung kann kleiner und leichter gemacht werden. Da ferner die Stromversorgung in dem Endoskop und die externer Stromversorgung vollständig voneinander getrennt sind, besteht keine Gefahr von Störspannungen über die Stromversorgungsleitung und es kann ein Tomogramm mit einem ausgezeichneten Nutz-/Störsignalverhältnis wiedergegeben werden. Wird der Sendeimpuls über den Bürstenkontakt 104 oder 107 übertragen, dann ist die Störspannung die an diesem Kontakt auftritt, geringer als die Vorwärtsspannung der Diode, so daß sie durch die Diode 105 bzw. 106 unterdrückt wird und das empfangene Signal nicht beeinträchtigt.

Es besteht auch die Möglichkeit, den Aufbau so zu wählen, daß der Sendeimpuls über den Drehtransformator ohne Verwendung des Bürstenkontakts übertragen wird.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Hochfrequenzsignal vom Vorverstärker 97 in die Anzeigeeinheit 100 über eine optische Kopplung eingeführt, aber es ist auch möglich, die optische Kopplung durch eine kapazitive Kopplung zu ersetzen, bei der der rotierende Teil und der ortsfeste Teil sich gegenüberstehende Elektroden darstellen. Auch in einem derartigen Fall ergibt sich die Versorgung des Vorverstärkers 97 aus der Solarbatterie 102, so daß die Stromversorgung des Endoskops und die externe Stromversorgung vollständig voneinander getrennt sind.

Claims

1. Ultraschallendoskopvorrichtung mit
einem Ultraschallwandler, der im vorderen Ende eines Einführteils des Endoskops drehbar angeordnet und mit einem Sendeimpulsgenerator gekoppelt ist,
einem Drehteil, das ein Ultraschall-Hochfrequenzsignal abgibt, das einer Anzeigeeinheit zur Wiedergabe eines Ultraschallbildes zugeführt wird, und
einer Signalkoppeleinrichtung, die zwischen dem Drehteil und der Anzeigeeinheit zur Übertragung des Ultraschall-Hochfrequenzsignals vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalkoppeleinrichtung als Drehtransformator (13) mit einer auf der Ausgangsseite des Drehteils vorgesehenen Rotorwicklung (13a) sowie eine auf der Eingangsseite der Anzeigeeinheit (20) vorgesehenen, der Rotorwicklung axial gegenüberliegende Statorwicklung (13b) ausgebildet ist und das Ultraschall-Hochfrequenzsignal kontaktlos überträgt und
daß der Drehtransformator (13) benachbart zum Ultraschallwandler (6) im vorderen Ende des Einführteils (5) angeorndnt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil einen Vorverstärker (57) aufweist, wobei das Signal vom Ultraschallwandler (53) über den Vorverstärker (57) abgegeben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Statorwicklung (59b) ein Wechselspannungsgenerator (62) verbunden ist, dessen Ausgangsfrequenz ausreichend niedriger als die Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers (53) ist, und daß die Rotorwicklung (59a) mit einer Gleichrichter-/Glättungsschaltung (66) verbunden ist, deren Ausgangssignal als Spannungsversorgung für den im Drehteil angeordneten Vorverstärker (57) dient.

4. Ultraschallendoskopvorrichtung mit
einem Ultraschallwandler, der an der Kopfseite eines Einführteils des Endoskops drehbar angeordnet und mit einem Sendeimpulsgenerator gekoppelt ist,
einem Drehteil, das ein Ultraschall-Hochfrequenzsignal abgibt, das einer Anzeigeeinheit zur Wiedergabe eines Ultraschallbildes zugeführt wird, und
einer Signalkoppeleinrichtung, die zwischen dem Drehteil und der Anzeigeeinheit zur Übertragung des Ultraschall-Hochfrequenzsignals vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalkoppeleinrichtung als optische Koppeleinrichtung (98, 99) ausgebildet ist, die das Ultraschall-Hochfrequenzsignal kontaktlos überträgt,
daß das Drehteil eines Vorverstärker (97) zum Verstärken des Ultraschall-Hochfrequenzsignals aufweist und
daß zur Stromversorgung des Vorverstärkers (97) um das Drehteil eine Solarbatterie (102) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Koppeleinrichtung auf der Ausgangsseite des Drehteils ein lichtemittierendes Element (98) und auf der Eingangsseite der Anzeigeeinheit ein lichtempfangendes Element (99) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarbatterie Licht vom optischen Beleuchtungssystem (101) des Endoskops empfängt.