JP5904732B2 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents
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Description
さらに、実施形態の超音波プローブは、ケースと、振動子と、電子回路と、伝熱構造と、を有し、振動子は、ケースの一端部に配列され、遅延時間に基づく超音波を送信する。電子回路は、ケースに収容され、前記遅延時間を設定する遅延回路、及び前記遅延時間に基づき生成したパルスを振動子に出力するパルサを有する。伝熱構造は、電子回路が通電されているとき、少なくとも前記電子回路及び前記ケースの両者間、又は、前記電子回路及前記振動子の両者間の一つで熱伝導を制限し、電子回路からの熱をケースの他端部に伝導する。この伝熱構造は、電子回路からの熱をケースの他端部に伝導する熱伝導部材と、電子回路が通電されているとき、いずれかの両者間の熱伝導率を低くし、電子回路が通電されていないとき、その両者間の熱伝導率を高くする熱伝導率変更手段とを有する。
以下、第1の実施形態に係る超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置について図1及び図2を参照して説明する。図1は、超音波診断装置の基本構成を示すブロック図、図2は超音波プローブの内部構成を示す図である。
図1及び図3に示すように、超音波プローブ1は、プローブケーブル12と接続手段2により装置本体10に接続される。超音波プローブ1は、被検体の内部を超音波により電子的に高速で走査することができるように、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の振動子104が配列されてなるアレイ振動子が採用されている。
送信回路3は、クロック発生器で発生されたクロックパルスを分周器で例えば5KHz程度のレートパルスに落とし、このレートパルスを送信遅延回路を通してパルサに与えて高周波の電圧パルスを発生し、振動子104を駆動する、つまり機械的に振動させるようになっている。こうして発生された超音波は、被検体内の音響インピーダンスの境界で反射して、超音波プローブ1に戻ってきて、振動子104を機械的に振動する。これにより各振動子104に電気信号が個別に発生する。この電気信号は、受信走査回路4で増幅・整相加算される。これにより、指向性を有する信号(エコー信号)が生成される。
振幅検出器6では、受信走査回路4からのエコー信号に基づいて、組織の形態的な情報を提供するBモード像データを生成する。表示処理器7は、上述した振幅検出器6で生成したBモード像データに基づいて組織形態画像断面表示を行う。
血流解析検出器5は、いわゆるカラードプライメージング(CDI)を実現するユニットであり、まず、受信走査回路4からのエコー信号を直交位相で検波して周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出し、この取り出したドプラ信号からMTIフィルタで特定の周波数成分だけを通し、その通過した信号の周波数を自己相関器により求め、この周波数から演算部で平均速度、分散、パワーを演算するように構成されている。
また、表示処理器7は、上述した血流解析検出器5で生成した血流ドプラ画像データと組織形態画像データを、合成して表示する。この組織形態画像データと機能画像データとの合成画像は、表示器8に表示される。
次に、第1の実施形態に係る超音波プローブの構成について図2を参照して説明する。
ケース101は、断熱性を有する樹脂により形成されている。ケース101の表面を、操作者により把持されるハンドル部という場合がある。
シールド部材102はケース101の内面に配置されている。放射電波を低減するため、シールド部材102にはメッシュ又はスリットが形成されている。
音響部103aは、ケース101の一端部であるヘッド部に設けられている。音響部103aは、レンズ部材103、振動子104、バッキング部材105を有している。音響部103aは熱発生源となる。
振動子104は、電気・音響変換により超音波を送受信する振動子104は一般的には圧電材料をアレイ状に加工したものである。
バッキング部材105は、効率的な音響放射・受波を行うために振動子104の背面に配置されている。
レンズ部材103は、音響レンズの役目をはたし、また生体への接触性を良くするために振動子104の正面(バッキング部材105とは反対側の面)に配置されている。なお、レンズ部材103の表面が、被検体の体表に接触するヘッド部の表面となる。
超音波プローブ1のケース101内部には、送信回路3の一部(送信遅延回路、パルサ)を含む電子回路106が設けられている。電子回路106は、基板108及び基板実装部品109を有する。基板108、基板実装部品109が熱発生源となる。
伝熱構造107aは、熱拡散部材107、回路部熱伝導部材111、熱輻射部材119を有している。
熱拡散部材107は、シールド部材102に沿って配置され、ケース101の一端部(超音波プローブ1のヘッド部)からケース101の他端部(超音波プローブ1の尾部)に延ばされ、超音波放射に伴い音響部(レンズ部材103、振動子104、バッキング部材105)103aから発生する熱を超音波プローブ1の尾部に伝達する役目をはたす。
回路部熱伝導部材111は、電子回路106を包むように配置され、電子回路106から生じた熱を熱拡散部材107の方(超音波プローブ1の尾部の方)に伝導する。
次に伝熱構造107aについて説明する。なお、以下の説明では、電子回路106及びケース101の両者間での熱伝導をする伝熱構造107aを代表して示し、電子回路106及び振動子104の両者間での熱伝導をする伝熱構造107aを省略する。
プローブケーブル12の一端側が超音波プローブ1の尾部(ケース101の他端部:振動子104とは反対の端部)に接続され、プローブケーブル12の他端側が装置本体10にコネクタ部(図示省略)で接続されている。プローブケーブル12は電気信号を伝達する信号線と電源を供給する電源線とを含む複合ケーブルである。
次に第2の実施形態に係る超音波プローブについて図3及び図4を参照して説明する。図3は超音波プローブの内部構成を示す図、図4は熱伝導率変更手段の構成を示す図である。
伝熱構造107aは、熱拡散部材107、回路部熱伝導部材111、熱伝導率変更手段114、115を有している。
図3に示すように、熱伝導率変更手段114は、音響部103a(バッキング部材105)と電子回路106の間に配置され、電子回路106で発生した熱の音響部103aへの伝播を低減している。熱伝導率変更手段114により、電子回路106からの熱でレンズ部材103の表面(ヘッド部の表面)の温度上昇を低減している。
熱輻射部材119は回路部熱伝導部材111と低い熱抵抗で接続される。熱輻射部材119は銅箔などの熱伝導率の高い材料の表面にセラミック塗装を行うことで放射率を高くした(0.95以上)もので、セラミック塗装面を対抗して配置する。熱輻射部材119は回路部熱伝導部材111からの熱伝播を受けて、温度が上昇しこのエネルギーで遠赤外線をセラミック塗装面から受熱部材116の方向へ放射し、エネルギーを移動させる。なお、熱輻射部材119及び受熱部材116により、赤外線を伝播する赤外線伝播手段が構成されている。
受熱部材116はバッキング部材105と低い熱抵抗で接続されている。受熱部材116は銅箔などの熱伝導率の高い材料の表面にセラミック塗装を行うことで放射率を高くした(0.95以上)もので、セラミック塗装面を対抗して配置する。
透明断熱部材117は、遠赤外線を透過し、最低レベルの熱伝導率を有する材料により形成されている。透明断熱部材117は、赤外線透過/遮断手段118と受熱部材116との間に配置されている。
赤外線透過/遮断手段118には、例えば、液晶シャッターが用いられる。液晶シャッターは、赤外線の透過率が低い例えば可視光線用のものより、赤外線の透過率が高いものが好ましい。液晶シャッターの一例として、特願平5−129714に記載されている赤外線透過板にはシリコン板を使用し、金の平行配列格子状電極による偏光板としての機能をもたせ、さらに金の電極に配向膜としての機能を持たせて、液晶を満たし、偏光方向を直交させることにより赤外線の遮断を行うものがある。
次に、第2の実施形態に係る超音波プローブの動作について説明する。
なお、実施形態では、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
比較例に係る超音波プローブの内部構成について図5を参照して説明する。図5は、超音波プローブの内部構成を示す図である。
5 血流解析検出器 6 振幅検出器 7 表示処理器 8 表示器
12 プローブケーブル
101 ケース 102 シールド部材 103 レンズ部材
103a 音響部 104 振動子 105 バッキング部材 106 電子回路
107a 伝熱構造 107 熱拡散部材 108 基板
109 基板実装部品
110 回路温度センサ 111 回路部熱伝導部材
112 信号接続フレキシブル基板 113 熱伝達部材
114 熱伝導率変更手段 115 熱伝導率変更手段
116 受熱部材 117 透明断熱部材 118 赤外線透過/遮断手段
119 熱輻射部材
200 赤外線屈折プリズム 201 赤外線反射体
Claims (13)
- 超音波を送受信する超音波プローブにおいて、
ケースと、
前記ケースの一端部に配列され、遅延時間に基づく超音波を送信する振動子と、
前記ケースに収容され、前記遅延時間を設定する遅延回路、及び前記遅延時間に基づき生成したパルスを振動子に出力するパルサを有する電子回路と、
前記電子回路が通電されているとき、少なくとも前記電子回路及び前記ケースの両者間、又は、前記電子回路及前記振動子の両者間の一つで熱伝導を制限し、前記電子回路からの熱を前記ケースの他端部に伝導する伝熱構造と、を有し
前記伝熱構造は、前記電子回路からの熱を赤外線に変換し、前記ケースの他端部の方向へ反射/屈折させる光学手段を有することを特徴とする超音波プローブ。 - 超音波を送受信する超音波プローブにおいて、
ケースと、
前記ケースの一端部に配列され、遅延時間に基づく超音波を送信する振動子と、
前記ケースに収容され、前記遅延時間を設定する遅延回路、及び前記遅延時間に基づき生成したパルスを振動子に出力するパルサを有する電子回路と、
前記電子回路が通電されているとき、少なくとも前記電子回路及び前記ケースの両者間、又は、前記電子回路及前記振動子の両者間の一つで熱伝導を制限し、前記電子回路からの熱を前記ケースの他端部に伝導する伝熱構造と、を有し
前記伝熱構造は、
前記電子回路からの熱を前記ケースの他端部に伝導する熱伝導部材と、
前記電子回路が通電されているとき、いずれかの両者間の熱伝導率を低くし、前記電子回路が通電されていないとき、その両者間の熱伝導率を高くする熱伝導率変更手段と、
を有することを特徴とする超音波プローブ。 - 前記伝熱構造は、前記電子回路からの熱をケースの他端部に伝導する熱伝導部材を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導部材は、前記電子回路の温度により熱伝導率が変化することを特徴とする請求項3に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導部材は、メッシュ状に形成されることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導部材は、異方性の熱伝導率を有することを特徴とする請求項5に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導率変更手段は、前記電子回路に電源が供給されないとき、熱伝導率を高くさせる制御手段を有することを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導率変更手段は、前記電子回路の温度が所定値を超えたとき、熱伝導率を高くさせる制御手段を有することを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。
- 前記熱伝導率変更手段は、両者間で赤外線を伝播する赤外線伝播手段と、前記制御手段の制御を受けて、両者間で赤外線を透過する状態と赤外線を遮断する状態とに切り替えられる赤外線透過/遮断手段を有することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の超音波プローブ。
- 前記赤外線伝播手段は、
前記電子回路の熱を赤外線として放射する熱輻射部材と、
前記放射された赤外線を受ける受熱部材と、
を有することを特徴とする請求項9に記載の超音波プローブ。 - 前記赤外線透過/遮断手段と前記受熱部材との間に、赤外線を透過する性質を有する断熱部材が配置されていることを特徴とする請求項10に記載の超音波プローブ。
- 前記赤外線透過/遮断手段は、液晶素子であることを特徴とする請求項9ないし請求項11のいずれかに記載の超音波プローブ。
- 前記請求項1から請求項12のいずれかに記載の超音波プローブを有し、
前記超音波プローブにより受信された信号に基づいて画像を作成することを特徴とする超音波診断装置。
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