JP2017517330A - 超音波変換器を冷却するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

超音波プローブから離れて熱を伝達するシステムおよび方法が、開示される。一実施形態では、ハンドヘルド超音波プローブは、変換器と、変換器を駆動するように構成される電子機器と、変換器アセンブリおよび電子機器を取り囲む筐体とを含む。スロットが、筐体の第１の側から筐体の第２の側に延在し、そして空気が隣接する変換器および電子機器を通過することを可能にすることができる。スロットは、スロットの内側表面へのオペレータの指の接近可能性を阻止するようなサイズにされることができる。

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１４年６月１０日に出願され、そして「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＯＬＩＮＧ ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ」と題する米国特許出願番号第１４／３０１，２９９号に基づく優先権を主張する国際特許出願であり、この米国出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される。

（技術分野）
開示される技術は、概して、超音波プローブに関し、より具体的には、超音波プローブの熱を低減させるシステムおよび方法に関する。

（詳細な説明）
開示される技術は、概して、超音波変換器を冷却するシステムおよび方法を対象とする。以下に記載される詳細のいくつかは、当業者が開示される実施形態を作製および使用することを可能にするために十分な様式で以下の実施形態を説明するために提供されることを理解されたい。しかしながら、以下に説明される詳細のいくつかは、本技術のある実施形態を実践するために必要ではない場合がある。加えて、本技術は、請求項の範囲内であるが、図１Ａ−Ｄを参照して詳細に説明されない、他の実施形態を含むことができる。

図１Ａは、開示される技術に従って構成される超音波変換器の等角側面図である。 図１Ｂおよび１Ｃは、図１Ａの超音波変換器の等角側面分解図である。 図１Ｂおよび１Ｃは、図１Ａの超音波変換器の等角側面分解図である。 図１Ｄは、図１Ａの超音波変換器の側面分解図である。

開示される技術は、超音波プローブの外側表面から放出される熱の量を低減させることができる。超音波手技の間、例えば、プローブ内の超音波変換器は、超音波エネルギーを発生、伝達、および受信する。プローブ内の電子機器（例えば、ビーム形成電子機器）は、信号を処理し、超音波画像を形成するために使用され得る、超音波データを生成することができる。超音波エネルギーの発生および超音波データの処理は、いくつかの事例では、プローブ内で摂氏６０度を超える温度を生成し得る。そのような温度は、プローブの外側表面の少なくとも一部の温度を、オペレータが保持する、および／または患者が触れるには不快もしくは安全ではない点まで上昇させ得る。本技術の実施形態は、例えば、超音波プローブを通して延在する、１つまたはそれを上回る導管を含み、内部構成要素が、熱を導管を通して流動する空気に放出し、それによって、プローブの外側表面に沿った、および／または超音波変換器アレイにおける温度を低下させることを可能にする。

一実施形態では、例えば、ハンドヘルド超音波撮像プローブは、変換器アセンブリと、変換器を駆動するように構成される電子機器と、変換器アセンブリおよび電子機器を取り囲む筐体とを含む。熱拡散器は、筐体内に位置付けられ、熱を変換器アセンブリおよび電子機器から吸収するように構成される。導管が、筐体の第１の側内のスロットから筐体の第２の側内のスロットに延在し、空気が熱拡散器に隣接して通過することを可能にする。一側面では、導管は、筐体の内部部分からシールされた内部表面を有する。スロットの一方または両方は、オペレータの指による内部表面への接近可能性を妨げるるようなサイズにされることができる。例えば、スロットの一方は、スロットの幅を有意に下回る高さを有することができる。いくつかの側面では、熱拡散器は、導管に接合されるか、および／またはそれと一体型であることができる。

開示される技術の別の実施形態では、ハンドヘルド超音波撮像プローブは、第２の側部分と対向する第１の側部分を有する筐体と、筐体内に配置される超音波変換器アレイおよび回路とを含む。第１の側部分内の第１の開口は、筐体を通して延在する導管を介して、第２の側部分内の第２の開口と流体連通する。導管は、空洞を画定するシールされた内部表面を含む。一側面では、第１の開口および第２の開口は、導管の空洞および内部表面へのオペレータの指による接近可能性を妨げるようなサイズにされる。別の側面では、超音波変換器は、前部端および後部端を含み、導管は、遠位端および近位端を含む。導管の遠位端における外部表面は、超音波変換器の少なくとも一部を受容する陥凹を画定するように成形される。いくつかの側面では、熱伝導性材料は、導管の外部表面と回路との間の筐体内に配置される。熱伝導性材料は、筐体より高い熱伝導率を有することができる。他の側面では、筐体は、第１の温度未満またはそれと等しい温度で熱を消散させるように構成され、導管の内部表面は、第１の温度を上回る第２の温度で熱を消散させるように構成される。さらなる実施形態では、導管の内部表面は、複数の溝を含む。なおもさらなる実施形態では、プローブは、第２の空洞を画定する内部表面を含む、筐体を通る第２の導管を含む。第３の開口は、第２の空洞を介して、第４の導管と流体連通する。第３の開口および第４の開口は、封入体の異なる外側表面に沿って延在する。

開示される技術のさらに別の実施形態では、ハンドヘルド撮像プローブは、超音波変換器アレイと、ビーム形成電子機器と、変換器アレイおよびビーム形成電子機器を少なくとも部分的に取り囲む封入体とを含む。封入体は、第１の開口部および第２の開口部を封入体の異なる側内に含む。プローブはさらに、変換器アレイおよびビーム形成電子機器と熱連通するように位置付けられる受動的熱交換器を含む。熱交換器は、第１の開口部と第２の開口部との間に延在するシールされた管と、管に少なくとも近接して、および／またはその近傍に位置付けられる、熱拡散器と、管の内側表面によって画定された空気通路とを含む。管は、空気通路を通して管の内外を流動する空気を介して、熱エネルギーを超音波変換器、ビーム形成電子機器、および熱拡散器から運搬するように構成される。一側面では、第１の開口部および第２の開口部は、管の内側表面へのオペレータの指の接近可能性を阻止するようなサイズにされる。別の側面では、熱拡散器は、封入体より高い熱伝導率を有する。

図１Ａは、開示される技術の一実施形態に従って構成される超音波変換器プローブ１００の等角側面図である。図１Ｂおよび１Ｃは、プローブ１００の分解等角側面図である。図１Ｄは、プローブ１００の分解側面図である。最初に、図１Ａ−１Ｄをともに参照すると、プローブ１００は、空洞１０３を画定する、筐体１０２（例えば、封入体、本体、シェル等）を含む。筐体１０２は、第２の筐体部分１０２ｂ（例えば、下側部分）に取り付けられる、または別様に接合される、第１の筐体部分１０２ａ（例えば、上側部分）を含む。筐体１０２はさらに、筐体１０２の近位端部分１０６を通して延在する長手軸Ｌの両側の第１の側部分１０４ａおよび第２の側部分１０４ｂと、中間部分１０７と、遠位端部分１０８とを含む。第１の開口１２２ａ（例えば、開口部、孔等）は、第１の側部分１０４ａに沿って長手方向に延在する、伸長スロットを形成する。第２の開口１２２ｂ（例えば、開口部、孔等）は、第２の側部分１０４ｂに沿って長手方向に延在する、伸長スロットを形成する。第１および第２の開口１２２ａおよび１２２ｂは、それを通した指（例えば、オペレータの指、患者の指等）の進入を阻止および／または遮断するように構成される。第１および第２の開口１２２ａならびに１２２ｂはそれぞれ、近位端部分１０６と遠位端部分１０８との間に延在する長さと、第１の筐体部分１０２ａと第２の筐体部分１０２ｂとの間に延在する幅とを有する。一実施形態では、第１の開口１２２ａまたは第２の開口１２２ｂのいずれかの長さもしくは幅の一方または両方は、典型的指の直径（例えば、約５ｍｍ未満）未満の寸法を有する。いくつかの実施形態では、例えば、第１および第２の開口１２２ａならびに１２２ｂの一方または両方は、幅（例えば、約２ｍｍ〜約２０ｍｍ、約３ｍｍ〜約５ｍｍ、または約４ｍｍ）を有意に上回る長さ（例えば、約１０ｍｍ〜約１００ｍｍ、約１５ｍｍ〜約３５ｍｍ、または約２５ｍｍ）を含むことができる。さらなる実施形態では、例えば、グリッドおよび／またはメッシュスクリーンが、第１および第２の開口１２２ａならびに１２２ｂの一方または両方内に配置され、指の進入を阻止することができる。

筐体１０２は、少なくとも遠位端部分１０８に近接して位置付けられる、超音波変換器アセンブリ１１０（例えば、単一要素超音波変換器、１次元超音波変換器アレイ、多次元超音波変換器アレイ等）を少なくとも部分的に取り囲むように構成される。変換器アセンブリ１１０は、システム電子機器１１４（第１のシステム電子機器１１４ａ、第２のシステム電子機器１１４ｂ、および第３のシステム電子機器１１４ｃとして別個に識別される）に電気的に接続される。電子機器１１４は、例えば、１つまたはそれを上回るデジタル信号プロセッサ、ビーム形成器（例えば、アナログおよび／またはデジタルビーム形成器）、画像プロセッサ（例えば、Ｂ−モード画像、Ｍ−モード画像、ドップラー画像等を処理可能な１つまたはそれを上回るプロセッサ）、電子フィルタ等を含むことができる。近位端部分１０６におけるケーブル１０９は、変換器アセンブリ１１０およびシステム電子機器１１４を外部コンピュータおよび／またはディスプレイ（図示せず）に通信可能に結合する。

導管１２０（例えば、ダクト、管等）が、第１の開口１２２ａから第２の開口１２２ｂに向かって、筐体１０２を通して延在する。導管１２０は、それぞれ、第１の開口１２２ａおよび第２の開口１２２ｂに隣接して位置付けられる、第１の導管開口部１３０ａ（例えば、入口／出口）および第２の導管開口部１３０ｂを含む。導管１２０はさらに、遠位端部分１２５ｂと反対の近位端部分１２５ａを含む。遠位端部分１２５ｂは、変換器アセンブリ１１０の少なくとも一部を受容するように構成されるポケットまたは陥凹を画定する、外部表面を含む。図示される実施形態では、導管１２０は、プローブ１００の中間部分１０７内に位置付けられるように示される。しかしながら、他の実施形態では、導管１２０は、筐体１０２内の任意の好適な場所に位置付けられることができる。さらに、図１Ａ−１Ｄにおけるプローブ１００は、単一導管１２０を含む。しかしながら、他の実施形態では、プローブ１００は、筐体１０２を通して延在する複数の導管１２０を含むことができる。

導管１２０の内部表面１２８は、流体路１２４（例えば、空気経路、空気通路、空洞、貫通孔等）を第１の開口１２２ａと第２の開口１２２ｂとの間に画定する。図示される実施形態の内部表面１２８は、導管１２０内の空気が空洞１０３の中に流動することができないようにシールされる。しかしながら、いくつかの実施形態では、内部表面１２８は、少なくとも部分的に、開放し（例えば、１つまたはそれを上回る孔もしくは通気口を介して）、流体路１２４内の空気が、空洞１０３の内外に流動することを可能にすることができる。内部表面１２８は、筐体１０２が形成される材料を上回る熱伝導率を有する材料（例えば、銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス鋼等）から作製されることができる。しかしながら、他の実施形態では、内部表面１２８は、任意の好適な熱抵抗材料（例えば、摂氏１００度を上回る温度に耐えることが可能な熱伝導性材料）から作製されることができる。さらなる実施形態では、内部表面１２８は、少なくともその一部に沿って１つまたはそれを上回る特徴（例えば、チャネル、溝、リッジ、切り欠き等）を含み、その表面積を増加させ、それによって、熱消散を増加させることができる。

第１の熱拡散器１１８ａおよび第２の熱拡散器１１８ｂは、導管１２０に隣接して位置付けられ、内部表面１２８、変換器アセンブリ１１０、電子機器１１４と熱連通する。第１および第２の熱拡散器１１８ａおよび１１８ｂは、例えば、銅、銅の合金、および／または任意の他の好適な熱伝導性材料（例えば、アルミニウム、黒鉛、アルミニウムおよび／または銅を含む複合材等）を備えることができる。第１および第２の熱拡散器１１８ａならびに１１８ｂは、変換器アセンブリ１１０からのおよび電子機器１１４内の熱を吸収し、熱を内部表面１２８に伝達するように構成される。いくつかの実施形態では、例えば、第１および第２の熱拡散器１１８ａならびに１１８ｂは、導管１２０に直接接合されるか、および／または導管１２０の中に少なくとも部分的に統合される。しかしながら、他の実施形態では、熱拡散器１１８ａおよび１１８ｂは、導管１２０と完全に統合される。

超音波測定手技の間の変換器アセンブリ１１０による超音波エネルギーの発生および／または電子機器１１４による超音波信号の処理は、有意な量の熱を生成し得る。例えば、超音波手技の間、変換器アセンブリ１１０および電子機器１１４は、内部表面１２８における温度を、例えば、摂氏６０度を上回って上昇させるために十分な熱を放出し得、これは、触れるには安全ではなくなり得る。しかしながら、前述のように、第１および第２の開口１２２ａならびに１２２ｂは、指の進入を阻止し、したがって、オペレータおよび／または患者が触れる内部表面１２８へのアクセスを低減および／または遮断するように構成される。開示される技術は、したがって、筐体１０２に触れるか、または保持するには不快もしくは安全ではないものにすることなく、他の超音波プローブと比較して、プローブ１００によって生成および／または消散され得る、熱の量を増加させることが予期される。

動作時、冷却剤Ｃ（例えば、空気、水、および／または別の好適な冷却剤）が、導管１２０に進入し、流体路１２４を通して流動し、導管１２０から退出する前に、プローブ１００内の構成要素によって発生される熱を吸収することができる。冷却剤Ｃは、例えば、第１の導管開口部１３０ａまたは第２の導管開口部１３０ｂのいずれかを通して、第１の温度で導管１２０に進入することができる。冷却剤Ｃが、導管１２０内の流体路１２４を通して流動するにつれて、冷却剤Ｃは、例えば、熱拡散器１１８ａおよび１１８ｂならびに内部表面１２８を介して、変換器アセンブリ１１０および／または電子機器１１４から伝達される熱を吸収し、それによって、プローブ１００およびその中に含まれる１つまたはそれを上回る構成要素を対流冷却することができる。

前述から、本発明の具体的実施形態が、例証目的のために本明細書に説明されたが、種々の修正が、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。例えば、第１および第２の開口１２２ａと１２２ｂとの間の導管１２０は、単一連続開口部として示されるが、複数の孔またはスロットを接続する複数の導管が、プローブ１００の長さに沿って提供されることができることを理解されたい。故に、本発明は、添付の請求項によってを除き、限定されない。

Claims (21)

1. ハンドヘルド超音波撮像プローブであって、
   変換器アセンブリと、
   前記変換器を駆動するように構成される電子機器と、
   前記変換器アセンブリおよび前記電子機器を取り囲む筐体と、
   熱を前記変換器アセンブリおよび前記電子機器から吸収するように構成される熱拡散器と、
   前記筐体の第１の側から前記筐体の第２の側に延在する少なくとも１つの導管であって、空気が隣接する前記熱拡散器を通過することを可能にするように構成される、導管と、を備える、プローブ。
2. 前記導管は、前記筐体の内部部分からシールされた内部表面を有する、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記導管は、前記筐体の第１の側内の第１のスロットから前記筐体の第２の側内の第２のスロットに延在し、前記第１のスロットおよび第２のスロットは、オペレータの指による前記内部表面への接近可能性を妨げるようなサイズにされる、請求項２に記載のプローブ。
4. 前記第１のスロットおよび第２のスロットはそれぞれ、長さおよび幅を有し、前記長さは、前記幅を有意に下回る、請求項３に記載のプローブ。
5. 前記熱拡散器は、前記導管に接合される、請求項１に記載のプローブ。
6. 前記熱拡散器は、前記導管と一体型である、請求項１に記載のプローブ。
7. ハンドヘルド超音波撮像プローブであって、
   第２の側部分と対向する第１の側部分を有する筐体と、
   前記筐体内に配置される超音波変換器アセンブリおよび回路と、
   前記筐体を通して延在する導管を介して、前記第２の側部分内の第２の開口と流体連通する前記第１の側部分内の第１の開口であって、前記導管は、空洞を画定するシールされた内部表面を含む、開口と、を備える、超音波プローブ。
8. 前記第１の開口および第２の開口は、前記導管の空洞および内部表面へのオペレータの指による接近可能性を妨げるように構成される、請求項７に記載の超音波プローブ。
9. 前記導管の遠位端における外部表面は、前記超音波変換器の少なくとも一部を受容するように構成される陥凹を含む、請求項７に記載の超音波プローブ。
10. 前記導管に隣接する前記筐体内に配置される熱伝導性材料をさらに備え、前記熱伝導性材料は、前記筐体より高い熱伝導率を有する、請求項７に記載の超音波プローブ。
11. 前記筐体は、第１の温度未満またはそれと等しい温度で熱を消散させるように構成され、前記導管の内部表面は、前記第１の温度を上回る第２の温度で熱を消散させるように構成される、請求項７に記載の超音波プローブ。
12. 前記導管の表面は、複数の溝を含む、請求項７に記載の超音波プローブ。
13. 前記導管は、第１の導管であって、前記空洞は、第１の空洞であって、
    前記筐体を通る第２の導管であって、第２の空洞を画定する内部表面を含む、第２の導管と、
    前記第２の空洞を介して第４の導管と流体連通する第３の開口であって、封入体の異なる外側表面に沿って延在する、第３の開口および第４の開口と、をさらに備える、請求項７に記載の超音波プローブ。
14. ハンドヘルド撮像プローブであって、
    ビーム形成電子機器に通信可能に結合される超音波変換器アセンブリと、
    少なくとも部分的に、前記変換器アセンブリおよび前記電子機器を取り囲む、封入体であって、前記封入体の異なる側内に第１の開口部および第２の開口部を含む、封入体と、
    前記変換器アレイおよび前記電子機器と熱連通するように位置付けられる受動的熱交換器であって、前記第１の開口部から前記第２の開口部に向かって延在する管を含む、熱交換器と、を備える、撮像プローブ。
15. 前記受動的熱交換器はさらに、
    前記管に隣接して位置付けられる熱拡散器であって、前記封入体より高い熱伝導率を有する、熱拡散器と、
    前記管の内部表面によって画定された空洞であって、前記管は、前記空洞を通して前記管内外に流動する空気を介して、熱エネルギーを超音波変換器、ビーム形成電子機器、および熱拡散器から伝達するように構成される、空洞と、を含む、請求項１４に記載の撮像プローブ。
16. 前記第１の開口部および第２の開口部はそれぞれ、長さおよび幅を有し、前記長さは、前記幅より有意に長い、請求項１４に記載の撮像プローブ。
17. 超音波変換器およびビーム形成電子機器を有する、プローブを製作する方法であって、
    ビーム形成電子機器に結合される超音波変換器を取り囲む、封入体を提供するステップであって、前記封入体は、第１の開口および少なくとも第２の開口を含み、前記第１の開口および第２の開口はそれぞれ、オペレータの指の直径未満の第１の寸法を含む、ステップと、
    前記第１の開口から前記第２の開口に向かって延在し、前記変換器および前記ビーム形成電子機器に近接するように、ダクトを前記封入体内に位置付けるステップと、を含む、方法。
18. 前記ダクトは、空気通路を画定する内部表面を含み、前記ダクトは、前記空気通路を通して前記ダクト内外に流動する空気を介して、熱を前記超音波変換器および前記ビーム形成電子機器から鬱すように配列される、請求項１７に記載の方法。
19. 熱伝導性部材を前記ダクトの外部表面に接合するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記封入体を提供するステップは、第１の材料から作製される封入体を提供することを含み、前記ダクトを前記封入体内に位置付けるステップは、前記第１の材料を上回る熱伝導率を伴う第２の材料から作製されるダクトを位置付けることを含む、請求項１７に記載の方法。
21. ハンドヘルド超音波撮像プローブであって、
    筐体と、
    前記筐体内に配置される変換器と、
    前記筐体内の電子機器であって、前記変換器および電子機器は、熱消散表面を含む、前記筐体内の開放スロットの周囲に位置付けられ、前記筐体は、ユーザの手が、使用の間、前記スロットの熱消散表面ではなく、前記筐体の外側表面に触れるように構成される、電子機器と、を備える、撮像プローブ。

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