JP2007244583A - 超音波診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コネクタに発熱体を内蔵された場合でも良好な超音波診断を行う。
【解決手段】超音波プローブと装置本体部とを電気的に接続するコネクタ16の内部には、電気回路22が内蔵されている。この電気回路22は、発熱体であるIC44と基板42から構成されている。このIC44からの熱を放熱するために、コネクタ16は放熱機構を備えている。具体的には、コネクタ16は、その上面に設けられたヒートシンク26と、当該ヒートシンク26とIC44とを物理的に接続してIC44からの熱をヒートシンク26に伝達するヒートパイプ28と、を備えている。
【選択図】図2

Description

本発明は、被検体内部への超音波の送受で得られたエコー信号に基づいて断層像を形成する超音波診断装置に関し、特に、超音波診断装置の本体部と超音波探触子との接続部分であるコネクタに関する。
従来から、被検体の内部に超音波を送受し、その際、得られるエコー信号に基づいて診断対象部位の断層像を形成する超音波診断装置が広く知られている。この超音波診断装置は、通常、超音波を送受する超音波探触子と、当該超音波探触子で得られたエコー信号に基づいて断層像を形成、表示する装置本体部と、に大別される。この超音波探触子と装置本体部は、コネクタを介して、電気的に接続される。すなわち、超音波探触子のコネクタには接続端子が設けられており、当該接続端子を装置本体部に設けられた端子穴に接続することで、超音波探触子と装置本体部とが電気的に接続される。
ここで、従来、超音波探触子のコネクタには、接続端子、および、当該接続端子と振動素子とを接続するケーブルのみが内蔵されていた。したがって、コネクタの内部で多大な熱が発生するなどの問題はなかった。
特開2001−353147号公報 米国特許第5560362号明細書
しかし、近年、振動素子の駆動制御や、得られたエコー信号の信号処理等を行うための電気回路をコネクタに内蔵することが提案されている。これによれば、装置本体部に多大な変更を加えることなく、超音波診断装置全体の性能向上等を図ることができる。
しかしながら、コネクタに電気回路を内蔵した場合、電気回路から発生した熱によりコネクタ内部が高温になるという問題がある。すなわち、電気回路に搭載されるIC等は、その駆動に際して、高い熱を発生する。このような発熱体であるICをコネクタ内部に密閉すると、熱がこもり、駆動時間とともに、コネクタが高温になる場合がある。
特許文献1,2には、超音波探触子のうち、振動素子が搭載されるヘッド部の温度を制御する技術が開示されている。しかし、これらは、あくまで、ヘッド部の温度制御を目的としており、コネクタの放熱については考慮されていない。したがって、既述したようにコネクタに電気回路等の発熱体を搭載した際に生じる問題を解決することはできない。
つまり、従来、超音波探触子のコネクタに電気回路等の発熱体を搭載した際に生じる発熱問題を解決する技術は無かった。
そこで、本発明では、コネクタに発熱体を内蔵しても良好な超音波診断が可能な超音波診断装置、および、超音波探触子装置を提供することを目的とする。
本発明の超音波診断装置は、被検体の内部に超音波ビームを送受する探触子と、探触子から出力されるエコー信号に基づいて、超音波断層像を形成する本体部と、探触子と本体部とを電気的に接続するコネクタと、を備える超音波診断装置であって、コネクタは、コネクタの内部に設けられた発熱体で発生した熱を外部に放出する放熱手段を有することを特徴とする。
好適な態様では、放熱手段は、高伝熱材料からなるとともにその表面に複数の凹凸が形成された多凹凸部材を含む。この場合、放熱手段は、さらに、高伝熱材料からなり、多凹凸部材と発熱体とを物理的に接続することで、発熱体で発生した熱を多凹凸部材に伝達する伝熱部材を備えることが望ましい。伝熱部材は、可撓性を備えるシート状部材であることが望ましい。
また、多凹凸部材は、その表面に形成された凹凸が外気に接触する位置に設けられることが望ましい。さらに、多凹凸部材は、コネクタを装置本体部に接続した際に、コネクタの上面または側面となる面に設けられることがより望ましい。
他の好適な態様では、放熱手段は、コネクタ内部に設けられ、外部に連通する通気路を備え、装置本体部は、コネクタを装置本体部に接続した際に、前記通気路に接続される通気ダクトを備える。この場合、通気路は、コネクタの内部空間を内壁で分割することにより形成されることが望ましい。また、装置本体部は、さらに、通気ダクト内の空気を外部に排出、または、通気ダクト内に外部空気を吸引するファンを備えることが望ましい。この場合において、放熱手段が、多凹凸部材を備える場合、多凹凸部材は、通気路内に設けられることが望ましい。
本発明によれば、コネクタに放熱機構を備えているため、コネクタに内蔵された発熱体により生じる熱問題を解消できる。その結果、コネクタに発熱体を内蔵しても良好な超音波診断が可能となる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である超音波診断装置10の概略構成を示すブロック図である。この超音波診断装置10は、超音波を送受する超音波プローブ12と、得られたエコー信号に基づいて断層画像を形成する装置本体部14と、に大別される。
超音波プローブ12は、多数の振動子を備えており、後述する送受信部32または電気回路22からの指示に応じて適宜、超音波ビームを被検体内部に送信する。また、超音波プローブ12は、被検体内部で反射した反射ビームを電気信号に変換してエコー信号として電気回路22または送受信部32に出力する。
この超音波プローブ12は、プローブケーブル18およびコネクタ16を介して装置本体部14に接続される。超音波プローブ12から引き出されたプローブケーブル18は、コネクタ16の筐体内部において、接続端子20に接続される。この接続端子20は、コネクタ16の筐体外部に突出しており、当該接続端子20が装置本体部14に設けられた端子穴30に差し込まれることで、超音波プローブ12と装置本体部14との電気的接続が実現される。ここで、本実施形態のコネクタ16は、従来のコネクタとは異なり、電気回路22が内蔵されている。この電気回路22は、超音波プローブ12の送受信制御や、得られた受信信号に関する各種信号処理などを行うために設けられる。電気回路22をコネクタ16に内蔵することにより、異なる装置本体部14に超音波プローブ12を接続した場合でも、好適な送受信制御等が可能となる。
一方で、電気回路22をコネクタ16に内蔵した場合、その発熱が問題となる。すなわち、電気回路22に設けられたIC等は、種々の処理過程で発熱することが知られている。この発熱は、コネクタ16の筐体やコネクタ内部に引き込まれたプローブケーブル18に悪影響を与えるばかりでなく、操作者の操作を妨げたりする。そこで、本実施形態では、コネクタ16に、電気回路22で発生した熱を放熱するための放熱機構24も設けている。この放熱機構の具体的な構成については後に詳説する。
装置本体部14の送受信部32は、超音波プローブ12を制御して、断層面内において超音波ビームを電子走査する。超音波プローブ12がリニアプローブの場合、例えば120本の超音波ビームが次々に電子走査され、各超音波ビームごとにエコー信号が取得される。送受制御部34は、操作パネル36を介して入力されたユーザからの指示に応じて、適宜、送受信部32を制御する。
送受信部32で取得された複数のエコー信号は断層画像形成部38に出力される。断層画像形成部38は複数のエコー信号に基づいて断層画像(Bモード画像)を形成する。形成された断層画像は、ディスプレイ40に出力される。操作者は、このディスプレイ40に表示された断層画像に基づいて、被検体の内部の状態を診断する。
次に、本実施形態におけるコネクタ16の構成について図2,3を用いて詳説する。図2は、コネクタ16を正面側(超音波プローブ側)からみた斜視図であり、図3は背面側(接続端子側)からみた斜視図である。なお、見易さのために、図2,3では、筐体21の側壁は省略している。また、筐体21の内部に引き込まれるプローブケーブル18の図示も省略している。
既述したとおり、本実施形態のコネクタ16の内部には複数の電気回路22が設けられている。各電気回路22は、基板42と、当該基板に搭載されたIC44で構成されている。このうち、IC44は、その駆動に際して発熱することが知られている。
本実施形態では、このIC44で発生した熱を外部に放出するための放熱機構24をコネクタ16に設けている。具体的には、熱を高効率で外部に放出するヒートシンク26と、発熱体であるIC44で発生した熱を当該ヒートシンク26に伝達するヒートパイプ28で放熱機構24を構成している。
ヒートシンク26は、周知のとおり、高伝熱材料、例えば、銅やアルミなどの金属材料からなる部材であり、その表面に多数の凹凸を形成することで表面積を増加させた多凹凸部材である。なお、図2,3では、ヒートシンク26の一例として、フィン(リブ)状の突起が多数形成されたヒートシンク26を図示している。しかし、表面積を増加できるのであれば、フィン状に限らず、針状、波型などのヒートシンクであってもよい。このように、表面積を増加した場合、ヒートシンク26の表面と外気との接触面積が増加し、放熱効果を増加することができる。
このヒートシンク26は、凹凸部分(フィン部分)が外気に接触できる位置、すなわち、コネクタの筐体21の外表面であればどこに設置されてもよい。ただし、ヒートシンク26からの放熱によって温度上昇した空気は上方に移動する。この空気の流れが阻害されると、ヒートシンク26周辺に高温空気が滞留し、充分な放熱効果を得ることができない。そこで、ヒートシンク26は、筐体21の外表面のうち、熱せられた空気の上昇を妨げない位置、例えば、筐体21の上面や側面に設けられることが望ましい。
ヒートパイプ28は、熱源であるIC44と、ヒートシンク26を物理的に接続することにより、IC44で発生した熱をヒートシンク26に伝達する伝熱手段である。このヒートパイプ28は、高伝熱材料、例えば、銅やアルミ、グラファイトなどからなる長尺部材であり、その一端はIC44の表面に、他端はヒートシンク26の底面にそれぞれ接触した状態で取り付けられる。かかるヒートパイプ28を設けることにより、IC44で発生した熱が高効率でヒートシンク26に伝達され、その結果、高効率での放熱が可能となる。
ここで、ヒートパイプ28は、IC44とヒートシンク26を物理的に接続できるのであれば、その形状は特に限定されず、平板形状や丸棒形状などであってもよい。ただし、伝熱効率を向上するためには、ヒートパイプ28とIC44、および、ヒートパイプ28とヒートシンク26との接触面積を向上することが望ましい。そのため、ヒートパイプ28は、平面であるIC44の表面およびヒートシンク26の底面に大面積で接触できる幅広の平面を備えていることが望ましい。また、ヒートパイプ28は、その取り付けの際に、多少の位置ずれを吸収するべく、ある程度の可撓性を備えていることが望ましい。したがって、ヒートパイプ28としては、幅広の平面を備え、可撓性を実現でき得る程度の厚みを持ったシート状部材であることが望ましい。
図4は、このヒートパイプ28の取り付け状態を示す図である。ヒートパイプ28は、中間板46を介して、ヒートシンク26に接続される。中間板46は、高伝熱材料からなり、ヒートシンク26の底面に螺合される薄板である。この中間板46には、 ヒートパイプ28が挿入されるスリット48が複数形成されている。各ヒートパイプ28は、この中間板46のスリット48に挿入された後、当該スリット48に沿って略直角に折り曲げられ、ヒートシンク26の底面に平行になる。この状態で、中間板46をヒートシンク26の底面に螺合すると、中間板46の上面において折り曲げられたヒートパイプ28がヒートシンク26の底面に接触することになり、ヒートシンク26とヒートパイプ28間での伝熱が実現される。中間板46から下側に延びるヒートパイプ28は、高伝熱性の接着剤(例えば、金属含有接着剤など)により、IC44の表面に接着される。ここで、ヒートパイプ28が可撓性を備えていない場合に、スリットから下側に延びるヒートパイプ28をIC44の表面に接着するためには、スリット48とIC44を含む電気回路22の相互位置関係が厳密に調整されていることが必要となる。かかる厳密な位置調整は困難かつ煩雑であるため、本実施形態では、ヒートパイプ28は可撓性を備えたシート状部材としている。可撓性を備えることにより、スリット48と電気回路22との相互位置関係が多少ずれていても、容易に、IC44の表面にヒートパイプ28を接着できる。
以上、説明したように、本実施形態では、コネクタ16に、放熱機構24を設けているため、コネクタ16の内部に設けられたIC44を長時間駆動させても、熱がコネクタ16内部にこもらず、良好な状態を維持できる。
なお、本実施形態では、放熱機構24として、ヒートパイプ28およびヒートシンク26の両方を設けているが、必ずしも両方を設ける必要はなく、いずれか一方のみであってもよい。例えば、ヒートパイプ28を省略して、ヒートシンク26のみで放熱機構24を構成してもよい。
次に、他の実施形態について説明する。図5は、他の実施形態における超音波診断装置10の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置10は、上述の実施形態と同様に、超音波プローブ12のコネクタ16の内部に電気回路22が設けられている。そして、この電気回路22で発生した熱を放熱するための放熱機構24が、コネクタ16に設けられている。ここで、本実施形態の放熱機構24は、既述のヒートシンク26およびヒートパイプ28に加え、さらに、通気路50も備えている。また、装置本体部14は、このコネクタ16の内部に設けられた通気路50に接続される通気ダクト52を備えている。
ヒートシンク26およびヒートパイプ28によって通気路内50に放熱された熱は、当該通気路50を介して装置本体部14の通気ダクト52へと流動する。そして、通気ダクト52に流入した熱は、装置本体部14の背面に設けられたダクト出口から外部に放出されるようになっている。以下、この超音波診断装置10について詳説する。
図6、図7は、本実施形態におけるコネクタ16の外観を示す図である。また、図8は、コネクタ16の概略断面図である。図6、図7から明らかなように、本実施形態では、コネクタ16の正面(プローブ側)および背面(装置本体部側)に、正面側空気口58および背面側空気口60が設けられている。この二つの空気口58,60は、コネクタ16の内部に設けられた通気路50への空気の流入出を許容する開口である。この二つの空気口58,60は、コネクタ内部に設けられる通気路50の位置や形状に応じて、適宜、その位置および形状は変更可能である。ただし、背面側空気口60は、後述する装置本体部14に設けられた通気ダクト52に接続可能な位置に設けられる必要がある。
通気路50は、コネクタ16の筐体21を二重構造にすることにより構成されている。すなわち、図8に図示するように、筐体21の内部に、筐体内部空間を二つに分離する内壁66を設け、当該内壁66より下側に電気回路22等を設け、内壁66より上側の空間を通気路50として利用する。つまり、本実施形態では、通気路50は、内壁66および筐体21の外壁により構成される。このように筐体21の外壁および内壁66を利用して通気路50を構成することにより、通気路専用部材を最小限に抑えることができ、より小型かつ安価に、通気路50を構成することができる。
この内壁66の略中央には、ヒートシンク26より僅かに小さい開口が設けられている。ヒートシンク26は、この開口を覆うべく、内壁66の上面に設置される。したがって、ヒートシンク26の底面は、開口から露出した状態となる。この露出しているヒートシンク26の底面にヒートパイプ28が接続される。すなわち、上述の実施形態と同様に、ヒートパイプ28を中間板46に形成されたスリットに挿入して折り曲げた状態で、中間板をヒートシンク26の底面に螺合する。これにより、ヒートパイプ28とヒートシンク26が直接、接触し、ヒートパイプ28によって伝達されたIC44からの熱が、ヒートシンク26に伝達される。ヒートシンク26は、伝達された熱を通気路50に放出する。放出された熱は、コネクタ16の背面(装置本体部14との対向面)に設けられた背面側空気口60へと移動する。
ここで、ヒートシンク26は、上述の実施形態と同様、高伝熱材料からなり、その表面に多数の凹凸が形成されている。このヒートシンク26の表面に設けられる凹凸形状は、特に、限定されないが、空気の流れを阻害しない形状であることが望ましい。すなわち、本実施形態では、空気は、図8において矢印で示したように、コネクタ16の正面に設けられた正面側空気口58から、コネクタ16の背面に設けられた背面側空気口60へと流れる。ヒートシンク26は、この空気の流れを阻害しないような形状とすることが望ましい。したがって、ヒートシンク26をフィン状とするのであれば、各フィンは、空気流れ方向に長尺の形状とすることが望ましい。
背面側空気口60は、コネクタ16を装置本体部14に接続した際に、装置本体部14に設けられた通気ダクト52のダクト入口62に正対する位置に設けられる。そして、背面側空気口60から流出した空気は、装置本体部14に設けられた通気ダクト52へと流入するようになっている。
なお、通気路50の形状は適宜変更可能である。そして、この通気路50の形状に応じて、空気口58,60やヒートシンク26、ヒートパイプ28の位置や数等も適宜、変更可能である。例えば、図9に図示するように、通気路50を略J字状とする場合、空気口58,60は、コネクタ16の背面および底面に設けることができる。この場合、通気路50の複数箇所にヒートシンク26を設け、一つのIC44と複数のヒートシンク26とを接続する複数のヒートパイプ28を設けてもよい。かかる構成とすることで、放熱効果をより向上することができる。
図10は、通気ダクト52の概略構成を示す図である。装置本体部14に設けられた通気ダクト52は、装置本体部14の正面から、背面へと延びる。通気ダクトの背面側端部付近には、排気ファン(図示せず)が設けられており、ダクト入口62から流入した熱風を積極的に外部に放出する。この排気ファンによる積極的排気により、コネクタ内部の通気路50、および、装置本体部内部の通気ダクト52における空気の流動性が向上し、放熱効果をより向上できる。
この通気ダクト52のダクト入口62の周囲には、当該通気ダクト52への空気流入を確実にするための接続用ラバー64が設けられている。接続用ラバーは、ダクト入口62の周囲を取り囲むべく装置本体部14の正面に固着された環状部材であり、弾性材料からなる。この接続用ラバー64は、コネクタ16を装置本体部14に接続した際、コネクタ16の背面に密着し、通気ダクト52以外への空気の流出を防止する。つまり、接続用ラバー64を設けることにより、熱風を確実に通気ダクト52へ導くことができ、効率的な放熱が可能となる。また、当該接続用ラバー64を設けることにより、背面側空気口60から流出した熱風による操作者の火傷等を防止できる。
以上、説明したように、本実施形態においても、コネクタ16に放熱機構を設けているため、IC44を長時間駆動しても、熱がコネクタ内部にこもらず、良好な状態を維持できる。特に、本実施形態では、通気路50、通気ダクト52および排気ファンにより、空気の流れを形成して積極的に熱を外部に放出しているため、放熱効果をより向上できる。また、この空気流れを形成するための通気路50は、コネクタ内部を二重構造にすることにより形成されているため、コネクタ16の大型化を防止できる。
なお、本実施形態では、ヒートパイプ28、ヒートシンク26、および、通気路50で放熱機構を構成しているが、これらのいずれかを省略してもよい。例えば、ヒートシンク26を省略して、ヒートパイプ28および通気路50のみで放熱機構を構成してもよい。この場合、ヒートパイプ28の先端は、通気路50の底面に接続すればよい。かかる構成であっても、IC44から発生した熱は、ヒートパイプ28を介して通気路50に伝達され、外部に放出されるため、高い放熱効果を得ることができる。また、ヒートパイプ28を省略して、ヒートシンク26および通気路50のみで放熱機構を構成してもよい。この場合、通気路50およびヒートシンク26を熱源であるIC44に近い位置に設けることが望ましい。
また、本実施形態では、通気ダクト52の終端に排気ファンを設けて、積極的に空気流れを形成しているが、排気ファンを省略してもよい。排気ファンを省略しても、通気路50および通気ダクト52には、温度差に起因した空気流れが生じるため、充分な放熱効果を得ることができる。
また、本実施形態では、熱風を通気ダクト52の終端から排気することにより放熱を行っているが、通気路50に常温または低温空気を送り込むことにより、放熱を実現してもよい。すなわち、通気ダクト52に排気ファンではなく、吸気ファンを設け、外部から吸引した常温以下の空気をコネクタ16の通気路50に送り込んでもよい。この流入した空気により、通気路内にある熱風の熱が除去される。また、空気の流入により通気路内には、空気流れが生じ、熱が外部へと流出しやすくなる。なお、この場合、吸気ファンは、通気ダクト52の終端近傍ではなく、始端近傍、すなわち、コネクタ16に近い位置に設けることが望ましい。
本発明の実施形態である超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 コネクタを正面側からみた斜視図である。 コネクタを背面側からみた斜視図である。 ヒートパイプの取り付けの様子を示す図である。 他の実施形態である超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 コネクタを正面側からみた斜視図である。 コネクタを背面側からみた斜視図である。 コネクタを概略断面図である。 他のコネクタの概略断面図である。 装置本体部の概略斜視図である。
符号の説明
10 超音波診断装置、12 超音波プローブ、14 装置本体部、16 コネクタ、18 プローブケーブル、20 接続端子、21 筐体、22 電気回路、24 放熱機構、26 ヒートシンク、28 ヒートパイプ、30 端子穴、42 基板、44 IC、46 中間板、48 スリット、50 通気路、52 通気ダクト、58,60 空気口、62 ダクト入口、64 接続用ラバー、66 内壁。

Claims (10)

  1. 被検体の内部に超音波ビームを送受する探触子と、
    探触子から出力されるエコー信号に基づいて、超音波断層像を形成する本体部と、
    探触子と本体部とを電気的に接続するコネクタと、
    を備える超音波診断装置であって、
    コネクタは、コネクタの内部に設けられた発熱体で発生した熱を外部に放出する放熱手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 請求項1に記載の超音波診断装置であって、
    放熱手段は、高伝熱材料からなるとともにその表面に複数の凹凸が形成された多凹凸部材を含むことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 請求項2に記載の超音波診断装置であって、
    放熱手段は、さらに、高伝熱材料からなり、多凹凸部材と発熱体とを物理的に接続することで、発熱体で発生した熱を多凹凸部材に伝達する伝熱部材を備えることを特徴とする超音波診断装置。
  4. 請求項3に記載の超音波診断装置であって、
    伝熱部材は、可撓性を備えるシート状部材であることを特徴とする超音波診断装置。
  5. 請求項2から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置であって、
    多凹凸部材は、その表面に形成された凹凸が外気に接触する位置に設けられることを特徴とする超音波診断装置。
  6. 請求項5に記載の超音波診断装置であって、
    多凹凸部材は、コネクタを装置本体部に接続した際に、コネクタの上面または側面となる面に設けられることを特徴とする超音波診断装置。
  7. 請求項1から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置であって、
    放熱手段は、コネクタ内部に設けられ、外部に連通する通気路を備え、
    装置本体部は、コネクタを装置本体部に接続した際に、前記通気路に接続される通気ダクトを備えることを特徴とする超音波診断装置。
  8. 請求項7に記載の超音波診断装置であって、
    通気路は、コネクタの内部空間を内壁で分割することにより形成されることを特徴とする超音波診断装置。
  9. 請求項7または8に記載の超音波診断装置であって、
    装置本体部は、さらに、通気ダクト内の空気を外部に排出、または、通気ダクト内に外部空気を吸引するファンを備えることを特徴とする超音波診断装置。
  10. 請求項7から9のいずれか1項に記載の超音波診断装置であって、
    放熱手段が、多凹凸部材を備える場合、
    多凹凸部材は、通気路内に設けられることを特徴とする超音波診断装置。
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