JP6739407B2 - 超音波診断装置及び温度管理方法 - Google Patents

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、超音波プローブにおける送受面の温度の管理に関する。

超音波診断装置は、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する医療用の装置である。超音波診断装置は、大別して、超音波プローブと装置本体とにより構成される。超音波プローブは、プローブヘッド、ケーブル及びコネクタからなる。プローブヘッドは超音波振動子を有する。超音波振動子として、通常、複数の振動素子からなる振動素子アレイが設けられる。一次元配列された複数の振動素子からなる１Ｄ振動素子アレイの他、二次元配列された複数の振動素子からなる２Ｄ振動素子アレイも利用されている。２Ｄ振動素子アレイによって超音波ビームを二次元走査することにより、三次元データ取込空間が形成される。三次元データ取込空間内から取得されたボリュームデータに基づいて、三次元画像や断層画像等が形成される。なお、三次元画像は、生体組織を三次元的に又は立体的に表現した画像であって物理的には二次元の画像である。２Ｄ振動素子アレイを用いて三次元データ取込空間を形成するプローブは電子３Ｄプローブと称される。

一般に、電子３Ｄプローブのプローブヘッド内には、チャンネルリダクション用の電子回路（サブビームフォーマー等）が設けられる。超音波振動子及び電子回路はいずれも熱源として働き、それらによって生じた熱がプローブヘッドの送受波面（生体表面に接する音響レンズ又は保護層の表面）の温度を上昇させる。生体安全性の観点から、送受波面の温度が上限温度を超えないように、超音波診断装置の動作（特に送信動作）が制御される。

特許文献１には、体腔内挿入型の超音波プローブを有する超音波診断装置が開示されている。超音波プローブのプローブヘッド内には、２Ｄ振動素子アレイ、電子回路、温度センサ等が設けられている。温度センサにより検出された温度と、超音波プローブでの消費電力と、から送受波面の温度が推定されている。

なお、特許文献２には、プローブヘッド内に設けられた温度センサと、プローブ外に設けられた外界温度センサと、を有する超音波診断装置が開示されている。２つの温度センサにより検出された２つの温度に基づいて送受波面の温度が推定されている。特許文献２に記載された超音波プローブにおいて、熱源は超音波振動子だけであり、そこには電子回路は設けられていない。特許文献３には、超音波プローブにおけるコネクタボックス内に環境温度センサを設けることが開示されている。

特許第５７７１２９３号明細書 特開２００９−５９９４号公報 特開２０１０−１３７号公報

生体安全の観点から、超音波プローブにおける送受波面の温度を的確に管理する必要がある。送受波面の温度は様々な要因（超音波振動子での発熱、電子回路での発熱、放熱構造、生体温度、環境温度等）に左右される。単一の温度推定関数（基本関数）だけを用いて送受波面の温度を推定すると、特に状態が大きく変化する過渡期において、推定誤差が生じやすい。上記特許文献１―３には複数の温度推定関数の併用については記載されていない。

本発明の目的は、超音波プローブにおける送受波面の温度の推定精度を高め、送受波面の温度を的確に管理することにある。あるいは、本発明の目的は、基本関数により温度を推定可能な通常期に加えて、基本関数によっては温度を推定困難な過渡期においても、送受波面の温度を一定の精度で推定できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、環境温度の影響も考慮して送受波面の温度を推定できるようにすることにある。

実施形態に係る超音波診断装置は、超音波振動子、前記超音波振動子に電気的に接続された電子回路、内部温度を検出する内部温度センサ及び送受波面を含むプローブヘッドと、送受信条件及び内部温度に基づいて前記送受波面の温度を推定する手段であって、通常期用の温度推定関数としての基本関数、及び、前記基本関数が成り立たない過渡期用の温度推定関数としての補助関数を含む関数群を用いて前記送受波面の温度を推定する推定手段と、を含む。

上記構成によれば、通常期（安定変化期）用の基本関数及び過渡期（急激変化期）用の補助関数を含む関数群を利用して送受波面の温度が推定される。過渡期においては補助関数を利用して温度を推定できるので、単一の基本関数だけを利用して温度を推定する場合に比べて、推定精度を高められる。複数の補助関数が利用されてもよい。

実施形態に係る超音波診断装置においては、前記基本関数による第１温度の算出及び前記補助関数による第２温度の算出が並列的に実行され、前記第１温度及び前記第２温度の内でいずれかを選択し、それを推定温度として出力する選択手段が設けられる。実施形態において、前記選択手段は、前記内部温度、及び、前記第１温度と前記第２温度の比較結果、に基づいて、前記第１温度及び前記第２温度のいずれかを選択する。

実施形態に係る超音波診断装置は、更に、環境温度を検出する環境温度センサを含み、 前記推定手段は、更に前記環境温度に基づいて前記送受波面の温度を推定する。この構成によれば、送受波面温度の推定精度をより高められる。特に、体表へ当接される超音波プローブを利用する場合に、温度推定に際して環境温度を考慮すべき必要性が高い。

実施形態において、前記基本関数は、前記送受信条件に基づく消費電力、前記内部温度、及び、前記環境温度に基づいて、前記送受波面の温度を推定する一次式である。つまり、一次式の形式で基本式が記述され得る。

実施形態において、前記補助関数は、前回推定された温度、及び、今回検出された内部温度と前回検出された内部温度の差分に基づいて、前記送受波面の温度を推定する漸化式である。もっとも、超音波振動子は送受波面に近い位置にあり、送受波面の温度は超音波振動子での発熱に即応する傾向が認められるので、超音波振動子での消費電力を補助関数中のパラメータとするのが望ましい。

実施形態において、前記プローブヘッドに対してケーブルを介してコネクタが接続され、前記コネクタは、筐体としての外側ケースと、電子回路基板と、前記外側ケース内に設けられ前記電子回路基板を囲むシールドケースとしての内側ケースと、を含み、前記外側ケースと前記内側ケースとの間に前記環境温度センサが設けられる。この構成によれば、温度管理対象となる超音波プローブそれ自体に環境温度を検出する温度センサを組み込んでおける。しかも、コネクタは、プローブヘッドから離れているので、プローブヘッドからの熱の回り込みを無視できる。外部ケースと内部ケースとの間に環境温度センサを配置すれば、環境温度センサを物理的に保護でき、同時に、電子回路基板において若干の発熱があったとしても（あるいは、そこへの装置本体からの熱伝導があったとしても）、その熱による影響を抑制できる。

本発明に係る温度管理方法は、超音波振動子、電子回路及び送受波面を有するプローブヘッドにおける前記送受波面の温度を推定する推定工程と、前記推定された温度によって送受信を制御する制御工程と、を含み、前記推定工程は、前記送受波面の温度を推定する通常期用の温度推定関数としての基本関数を利用して前記送受波面の温度を第１温度として演算する工程と、過渡期用の温度推定関数としての補助関数を利用して前記送受波面の温度を第２温度として演算する工程と、前記第１温度又は前記第２温度を推定温度として選択する工程と、を含む。前記プローブヘッド内での消費電力の変化方向、並びに、前記第１温度及び前記第２温度の比較結果に基づいて、前記第１温度又は前記第２温度が推定温度として選択されてもよい。

上記方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、上記方法を実行するためのプログラムが記憶媒体又はネットワークを介して超音波診断装置へインストールされる。

本発明によれば、単一の基本関数に基づいて送受波面の温度を推定する場合に比べて、その温度の推定精度を高められる。よって、送受波面の温度を的確に管理でき、同時に、安全上のマージンの過剰な確保により必要以上の動作制限が生じることを回避できる。あるいは、本発明によれば、基本関数により温度を推定可能な通常期に加えて、基本関数によっては温度を推定困難な過渡期においても、送受波面の温度を一定の精度で推定できる。あるいは、本発明によれば、環境温度の影響も考慮して表受波面の温度を推定できる。

実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した温度管理部の構成例を示すブロック図である。 プローブヘッドの断面図である。 コネクタの分解斜視図である。 コネクタの内部を示す図である。 温度管理方法の一例を示すフローチャートである。 温度上昇及びその後の温度下降を含む温度変化の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、実施形態に係る超音波診断装置が示されている。この超音波診断装置は、生体に対して超音波を送受波し、これにより得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する医療用の装置である。

図１において、超音波診断装置は装置本体１０と超音波プローブ１１とにより構成されている。超音波プローブ１１は、プローブヘッド１２、ケーブル３０及びコネクタ３２からなるものである。コネクタ３２が装置本体１０側のコネクタ３６に着脱可能に接続される。

プローブヘッド１２は、超音波送受波器として機能するものであり、その送受波面１８Ａが生体２０の表面に当接される。プローブヘッド１２は超音波振動子１４を有する。超音波振動子１４は、本実施形態において、図示されたｚ方向に直交するｘ方向及びｙ方向に二次元配列された複数の振動素子からなり、つまり超音波振動子１４は振動素子アレイにより構成されている。超音波振動子１４の前側（生体側）には整合層１６が設けられ、更にその前側には保護層１８が設けられている。整合層１６は、複数の整合素子からなる整合素子アレイとして構成されている。ｚ方向に複数の整合層が積層されてもよい。保護層１８の表面が上記の送受波面１８Ａである。送受波面１８Ａは生体２０に接触する面であり、生体安全性の観点から、その温度を管理する必要がある。例えば、その温度が所定温度（例えば４３度）を超えないように、送受信を制御することが求められる。

超音波振動子１４の後側（非生体側）にはバッキング２２が設けられている。バッキング２２は二次元配列された複数のリードからなるリードアレイを内蔵している。バッキング２２の後側には中継基板２４及び電子回路としてのＩＣ（集積回路）２６が設けられている。ＩＣ２６はチャンネルリダクション機能つまりサブビームフォーミング機能を有する。ＩＣ２６が有する端子群が中継基板２４及びリードアレイを介して振動素子アレイに電気的に接続されている。中継基板２４の裏面には温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は例えばサーミスタで構成される。温度センサ２８は、プローブヘッド１２の内部温度、特に、ＩＣ２６の近傍位置で内部温度を検出するものである。プローブヘッド１２の内部に複数の温度センサが配置されてもよい。体表当接型の超音波プローブに代えて、体腔内挿入型の超音波プローブが利用されてもよい。１Ｄ超音波プローブが利用されてもよい。ワイヤレス方式の超音波プローブが利用されてもよい。

プローブヘッド１２において、ＩＣ２６及び超音波振動子１４がそれぞれ熱源となる。ＩＣ２６から送受波面１８Ａへ伝わる熱が図１においてＱ１で示されており、超音波振動子１４から送受波面１８Ａへ伝わる熱が図１においてＱ２で示されている。もっとも、送信開始直後等、過渡期においては、生体２０の温度又は環境温度の方が超音波振動子１４やＩＣ２６の温度よりも高い場合もある。

プローブヘッド１２とコネクタ３２との間にはケーブル３０が設けられている。ケーブル３０は例えば百数十本の信号線を有する。コネクタ３２は、本実施形態において、環境温度を測定する温度センサ３４を有している。温度センサ３４は例えばサーミスタにより構成される。本実施形態に係る超音波診断装置は、後に詳述するように、診断モード（Ｂモード、ＣＷモード等）、消費電力に関わる送受信条件、内部温度、環境温度等に基づいて送受波面１８Ａの温度を推定する機能を有する。

装置本体１０について説明する。送受信部３８はメインビームフォーマーとして機能する電子回路である。具体的には、送受信部３８は、送信時において、遅延処理された複数の送信信号をＩＣ２６へ出力する。ＩＣ２６は、それらの複数の送信信号に基づいて、数百個又は数千個にも及ぶ複数の振動素子へ与える複数の送信信号を生成する。受信時において、複数の振動素子からの複数の受信信号がＩＣ２６において遅延加算処理され、その処理後の複数の受信信号が送受信部３８へ送られる。送受信部３８は、複数の受信信号に対して更なる遅延加算処理を適用し、これによって受信ビームに相当するビームデータを出力する。例えば、ｘ方向への１回の超音波ビームの走査に当たり、１つの受信フレームデータが生成される。１つの受信フレームデータは複数のビームデータにより構成される。個々のビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。

ビームデータ処理部４０は、ビームデータを順次処理する電子回路である。その処理として、検波処理、対数変換処理、相関処理、等があげられる。画像形成部４２は電子回路として構成され、具体的には、それはデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）によって構成される。画像形成部４２は、受信フレームデータ列に基づいて表示フレームデータ列を生成する。その際においては、座標変換、画素補間、レート変換等の各処理が実行される。表示フレームデータ列は、時間軸上に並ぶ複数の表示フレームデータで構成され、それは、例えば、動画像としてのＢモード断層画像を構成する。三次元画像、ドプラ波形画像、等が形成されてもよい。表示部４４の表示画面上には超音波画像が表示される。表示部４４は有機ＥＬデバイス、ＬＣＤ等によって構成される。

制御部４６は、プログラムに従って動作するＣＰＵによって構成される。制御部４６は、図１に示した個々の構成を制御するものであり、特に、送受波面の温度を管理する機能を備えている。図１においては、その機能が温度管理部４８として表現されている。温度管理部４８には、例えば、プローブ種別、診断モード、送受信条件、内部温度、環境温度等の情報が与えられる。温度管理部４８は、それらの情報に基づいて、送受波面の温度を推定し、また、推定された温度に従って装置動作を制御する。例えば、推定された温度が限界値又は閾値に到達した場合に、送受信を強制的に停止する制御を実行する。推定された温度は、状況に応じて、表示部４４の画面上に数値等として表示される。制御部４６には、図示されていない操作パネルが接続されている。操作パネルは、トラックボール、スイッチ、つまみ、キーボード等を有する入力デバイスである。

図２には、図１に示した温度管理部４８の構成例がブロック図として示されている。個々のブロックは実際にはプログラムに相当する。但し、個々のブロックがプロセッサ又はデバイスによって構成されてもよい。

消費電力演算器５０は、診断モード及び送受信条件に基づいて消費電力を演算するモジュールである。送受信条件として、送信電圧、送信周波数、波数、ＰＲＴ（パルス繰り返し周期）、送信チャンネル数（送信開口を構成する素子数）、送信重み関数、受信チャンネル数、受信重み関数、等があげられる。本実施形態では、ＩＣの消費電力Ｐicと超音波振動子の消費電力Ｐtdの２つが演算されている。装置本体から見て観測可能なものは超音波プローブ全体の消費電力であり、また装置本体から見て最初に見えるのはＩＣであるから、装置本体から見た消費電力がＩＣの消費電力Ｐicとされている。それを基準として、内分け消費電力として、超音波振動子の消費電力Ｐtdが推定されている。もっとも、これは計算上の都合によるものであり、ＩＣ単体の消費電力を求め、それを温度推定の基礎に含めるようにしてもよい。また、他の算定基準に従って、個々の消費電力を求めるようにしてもよい。後述する消費電力Ｐtotalは、消費電力Ｐicと消費電力Ｐtdとを便宜上、合算したものである。

体腔に挿入される超音波プローブに比べて、体表に当接される超音波プローブの場合、超音波振動子での消費電力（発熱）が非常に大きく、超音波振動子の消費電力を考慮して、送受波面の温度を推定することが望まれる。

第１演算器５２は、基本関数に従って、送受波面の温度を推定するものである（２つの演算器５２，５４で推定される２つの温度を相互に区別するため、第１演算器５２により推定される温度をＴＡとし、第２演算器５４で演算される温度をＴＢとする。）。基本関数は、通常期（安定変化期）において、温度を推定するための関数である。実験及び研究の結果から、基本関数として、以下に示す一次式が求められている。

上記（１）式において、Ｔ１は、検出された内部温度である（本願明細書において温度はすべて摂氏で表記する。）。αは傾き係数であり、超音波プローブに応じて、例えば０．６、０．７又は０．８といった一定値が定められる。（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）の項はそれら全体として切片（オフセット）を規定する。詳しくは、Ｃ１は消費電力Ｐtotal（＝Ｐic＋Ｐtd）に対して所定の係数を乗算することにより定められる。Ｃ２は環境温度Ｔenvに対して所定の係数を乗算することにより定められる。Ｃ３は調整用の定数である。上記（１）式は、送受波面の温度ＴＡが内部温度Ｔ１に比例すること、消費電力Ｐtotal及び環境温度Ｔ２が切片を規定すること、を表している。もっとも、プローブ構造その他に応じて他の関数を基本関数として利用するようにしてもよい。上記（１）式に従い、一定の時間間隔（例えば1秒間隔）で温度ＴＡが演算される。

第２演算器５４は、補助関数に従って、送受波面の温度を第２温度ＴＢとして推定するものである。補助関数は、過渡期（状態が急に変化する期間）において、換言すれば、基本関数による温度推定が成り立たない期間において、送受波面の温度を推定するための関数である。実験及び研究の結果から、補助関数として、以下に示す漸化式が求められている。

上記（２）式において、Ｔpreは、前回の演算で推定された温度（ＴＡ又はＴＢ）である。ΔＴ１は、現在検出された内部温度Ｔ１から前回検出された内部温度Ｔ１preを減算して得られる差分値である（ΔＴ１＝Ｔ１−Ｔ１pre）。βは傾き係数である。診断モードや装置状態に応じてβを適応的に可変するのが望ましい。

なお、プローブ使用開始時において、Ｔpreには、内部温度Ｔ１及び環境温度Ｔ２から定まる温度が与えられてもよい。Ｔpreに対して、生体温度を与えてもよい。上記（２）式に従い、一定の時間間隔（例えば１秒間隔）で、温度ＴＢが演算される。後述する選択部５６は第１演算器５２及び第２演算器５４の動作タイミングに同期して動作する。

上記（２）式は、前回の演算で推定された温度Ｔpreを正しいものと仮定し、それを基礎とし、そこからの連続性を担保しつつ、内部温度Ｔ１の変化方向及び変化量から、今回の送受波面の温度ＴＢを推定するものである。

基本関数と補助関数のコンビネーションによれば、基本関数による簡潔な温度推定を基本としつつも、それでは対応できない過渡期において、一定の精度をもって温度を推定することが可能である。つまり、諸状況下においてリアルタイムで温度を推定することが可能となる。基本関数だけ利用した場合、それが一次関数であることから、消費電力変更時に推定温度が大きく変化し、つまり、前回の推定温度と今回の推定温度との間に大きな段差が生じてしまうという問題が生じ易いが、上記構成によれば、補助関数を一時的に適用して、そのような問題が生じることを回避でき、あるいは、その問題を軽減することが可能である。なお、第１演算器５２及び第２演算器５４は推定手段として機能する。以下に説明する選択部５６は選択手段として機能する。

選択部５６は、推定された温度ＴＡ及び温度ＴＢのいずれかを推定温度Ｔとして出力するモジュールである。その選択に際しては、内部温度Ｔ１、消費電力Ｐic、消費電力Ｐtd、温度ＴＡ及び温度ＴＢが参照されてもよい。温度ＴＡ及び温度ＴＢの比較結果が選択基準に含まれる場合、選択に先立って、温度ＴＡ及び温度ＴＢの両方が同時並行的に計算される。プローブヘッド内での消費電力の変化方向等が選択基準に含まれてもよい。

本実施形態では、基本関数及び補助関数に従って温度ＴＡ，ＴＢが演算されているが、更に他の関数により温度ＴＣ等を演算し、それを選択対象に加えてもよい。

平滑器５８は、現時点で演算された推定温度から数えて、過去の方向に所定個（例えば８個）の推定温度を参照し、その平均値を出力するモジュールである。他の平滑化方式が採用されてもよい。

温度制御部６０は、推定温度Ｔが第１温度Ｔx1（例えば３６度）以上かつ第２温度Ｔx2（例えば４０度）未満であれば、推定温度Ｔを通常表示態様で数値として表示し、推定温度Ｔが第２温度Ｔx2以上かつ第３温度Ｔx3（例えば４３度）未満であれば、推定温度Ｔをハイライト表示態様で数値として表示し、同時に警告メッセージを表示する制御を実行する。推定温度Ｔが第３温度Ｔx3以上であれば、それらの表示を行うと共に、送受信を強制的に止める制御を実行する。これによりクールダウンのための状態が形成される。その後、推定温度Ｔが第４温度Ｔx4（例えば４０度）未満となった場合、送受信を許容する制御を実行する。但し、実際には、検査者によるフリーズ解除操作があってから、送受信が可能となる。但し、これらの制御内容は一例に過ぎないものである。上記閾値比較において、温度のばらつき又は推定誤差を考慮するようにしてもよい。

図３には、図１に示したプローブヘッド１２の詳細な構造が示されている。図３においては紙面上方向がｚ方向（当接方向）である。二次元振動素子アレイ６６は圧電材料で構成され、例えば、ＰＺＴなどのセラミックス、ＰＭＮ−ＰＴなどの単結晶、等で構成される。二次元振動素子アレイ６４の前側（生体側）には二次元整合素子アレイ６８が設けられている。そこに２つ又はそれ以上の個数の整合層が設けられてもよい。その前側には、バリアフィルム８８を介して、保護層７２が設けられている。保護層７２は、シリコーンゴム等によって構成される。その表面（送受波面）が湾曲していてもよい。二次元振動素子アレイ６６の後側（非生体側）には二次元ハードバッキング（ＨＢ）素子アレイ６４が設けられている。個々のＨＢ素子は、対応する振動素子との関係において共振器として機能する。それは導電性材料により構成される。ＨＢ素子と振動素子の組み合わせ体がそれ全体としてλ／２に対応する（λは中心周波数における波長である）。二次元ＨＢ素子アレイ６４の後側にはバッキング（ソフトバッキング）７０が設けられている。バッキング７０は、後方に放射された超音波を減衰させる部材で構成される。バッキング７０には複数のリードからなるリードアレイが埋設されている。バッキング７０の後側には中継基板７４が設けられている。中継基板７４はインターポーザーであり、多層基板として構成されている。中継基板７４の後面には電子回路としてのＩＣ７６が接合されている。ＩＣ７６は中継基板７４に対してフリップチップ方式で実装されている。ＩＣ７６における端子群が、中継基板７４、リードアレイ及び二次元ＨＢ素子アレイ６４を介して、二次元振動素子アレイに電気的に接続される。

中継基板７４の後面であってＩＣ７６の近傍には内部温度Ｔ１を検出する温度センサ７８が設けられている。それはサーミスタにより構成されている。中継基板７４上に複数の温度センサが設けられてもよい。温度センサ７８が熱伝導条件を満たす他の箇所（例えばバッキング７０の側面、他の基板）に設けられてもよい。中継基板７４には２つのフレキシブル回路基板（ＦＰＣ）８２，８４が接続されている。それらに形成された導電ライン列が図示されていない複数の信号線に接続される。ＩＣ７６の後面には放熱ブロック８６が接合されている。バッキング作用を有する放熱ブロック８６が利用されてもよい。なお、保護層７２の内部であってバリアフィルム８８の周囲には接着剤７１が充填されている。符号８０は樹脂ケースを示している。上記構成では、温度センサ７８により、ＩＣ７６の近傍において、その温度に近い温度として、内部温度Ｔ１が検出される。

図４にはコネクタ１００（図１おいて符号３２を参照）が示されている。外ケース１０２は樹脂で構成された中空筐体であり、それは２つの半ケース１０２Ａ，１０２Ｂからなる。外ケース１０２の内部には、金属で構成される内ケース１１２が設けられている。内ケース１１２も２つの半ケース１１２Ａ，１１２Ｂからなる。内ケース１１２の内部には、複数の電子回路基板１１０が設けられている。複数の電子回路基板１１０を包み込むように内ケース１１２が設けられている。それは個々の電子回路基板１１０に対して電磁シールド作用を発揮する。つまり、内ケース１１２はシールドケースである。複数の電子回路基板１１０はコネクタブロック１０４に物理的に連結されている。個々の電子回路基板１１０には複数の電子部品（ＩＣを含む）が搭載されており、それによって各送信信号及び各受信信号に対して必要な信号処理が施される。

内ケース１１２と外ケース１０２との間には隙間空間が存在し、そこには基板１１４が配置されている。具体的には、外ケース１０２の内面に対して基板１１４が複数のネジで固定されている。基板１１４の下面（内ケース１１２側の面）には温度センサ１１６が設けられている。それはサーミスタによって構成される。温度センサ１１６は環境温度Ｔ２を検出するものである。

図５にはコネクタの内部が示されている。上記のように、外ケース１０２と内ケース１１２との間に基板１１４が配置され、その基板１１４上に温度センサ１１６が配置されている。基板１１４と特定の電子回路基板との間が信号線１１８で接続される。隙間空間内に温度センサ１１６が配置されているので、換言すれば、内ケース１１２の外側に温度センサ１１６が配置されているので、複数の電子回路基板１１０において仮に発熱が生じたとしても（あるいは装置本体からの熱が複数の電子回路基板１１０に及んだとしても）、温度センサ１１６において、その熱の影響を受けてしまうことを防止でき、又は、その影響があってもそれを軽減できる。外ケース１０２の内部に温度センサが配置されているので、それを物理的に保護できる。もっとも、温度センサを他の場所（例えば本体）に設けるようにしてもよい。

図６には温度管理方法の一例が示されている。Ｓ１０では本処理を終了させるか否かが判断される。所定の終了条件が満たされた場合に本処理が終了する。Ｓ１２においては、内部温度Ｔ１及び環境温度Ｔ２が正常範囲内にあるか否かが判断される。いずれかの温度が異常値に相当する場合、温度センサの故障等の可能性があるので、Ｓ１４においてエラー処理が実行される。エラー処理としては、警告メッセージの表示等があげられる。その場合、発熱抑制モードが自動的に設定されてもよい。

Ｓ１６においては、送受信条件、内部温度及び外部温度に基づいて、送受波面の温度が推定される。既に説明したように、本実施形態では、基本関数による温度ＴＡの推定と補助関数による温度ＴＢの推定とが同時並行的に実行され、２つの温度ＴＡ，ＴＢの内のいずれかが推定温度Ｔとして選択される。Ｓ１８では、通常制御方式及びクールダウン制御方式のいずれの方式が設定されているのかが判断される。

通常制御方式が設定されている場合、Ｓ２０において、推定温度Ｔが第１温度Ｔx1（例えば３６度）未満であるか否かが判断される。推定温度Ｔが第１温度Ｔx1未満であれば、Ｓ１０以降の各工程が繰り返し実行される。Ｓ２２において、推定温度が第１温度Ｔx1（例えば３７度）以上で且つ第２温度Ｔx2（例えば４０度）未満であることが判断された場合、Ｓ２４において、推定温度Ｔが通常の表示態様で表示される。Ｓ２６において、推定温度Ｔが第２温度Ｔx2（例えば４０度）以上で且つ第３温度Ｔx3（例えば４３度）未満であることが判断された場合、Ｓ２８において、推定温度Ｔがハイライト表示態様で表示される。その際に併せて警告メッセージも表示される。

Ｓ２６においてＮｏが判断された場合、つまり、推定温度Ｔが第３温度Ｔx3（例えば４３度）以上であると判断された場合、Ｓ３０において、Ｓ２８と同様に温度等が表示されると共に、送受信を強制的に停止させる制御が実行される。Ｓ３２では、送受波面の冷却のためにクールダウン制御方式が設定される。

Ｓ１８において、制御方式としてクールダウン制御方式が設定されていると判断された場合、Ｓ３４以降の工程が実行される。Ｓ３４では、超音波プローブが交換されたか否かが判断される。超音波プローブの交換があった場合、一定条件下において、Ｓ３８が実行される。Ｓ３６では、推定温度Ｔが第４温度Ｔx4（例えば４０度）未満まで到達したと判断された場合、Ｓ３８が実行される。Ｓ３８では、送受信禁止状態が解除され、つまり、所定操作（フリーズ解除操作）を行うことにより送受信を再開させることが可能となる。Ｓ４０では通常制御方式が設定される。

以上のように、本実施形態によれば、推定温度Ｔが一定の温度まで達すると、送受信が禁止され、その後、クールダウン完了が確認された以降において、送受信の再開が許容される。送受信禁止の前段階において、推定温度が表示され、また必要な情報が表示されるので、それらの情報によって送受信の強制停止に至る前に自発的にクールダウン措置をとることが可能である。また、クールダウン後において自動的に送受信を再開させないので、不用意な温度上昇を防止できる。

既述した（１）式つまり基本関数において、内部温度Ｔ１と送受波面の推定温度ＴＡは比例関係にあり、その傾きは基本的に一定値である。消費電力Ｐic，Ｐtdと、環境温度Ｔ２と、が基本関数における切片を規定する。一方、状態の急激な変化により生じる立ち上がり期及び立ち下がり期（つまり過渡期）においては、状態変化の時期及び内容に応じて、温度変化態様は様々となる。そこで、（２）式つまり補助関数においては、過去の推定温度Ｔを基礎として、内部温度変化ΔＴ１の方向及び変化量から、現在の温度ＴＢを推定するようにしている。

図７には、温度上昇及びその後の温度下降を含む温度変化の一例が示されている。図７に示す例において、グラフ２００は、当初の立ち上がり期に対応する部分２００ａ、当初の立ち上がり期に続く通常期に対応する部分２００ｂ、送受信条件の変更（例えば停止）により生じた立ち下がり期に対応する部分２００ｃ、及び、立ち下がり期に続く通常期に対応する部分２００ｄによって構成される。部分２００ｂと部分２００ｄは平行であるが、それぞれのオフセットは相違している。

当初の立ち上がり期においては部分２００ａが補助関数によって近似され（符号２０２参照）、通常期においては部分２００ｂが基本関数によって近似される（符号２０４参照）。立ち下がり期においては部分２００ｃが補助関数によって近似され（符号２０６参照）、通常期においては部分２００ｄが基本関数によって近似される（符号２０８参照）。もちろん、超音波振動子の消費電力その他のパラメータに従ってより細かい選択条件を設けることが可能である。

なお、グラフ２００の形態は超音波プローブの種別や構造によって大きく変わる。個々の超音波プローブごとにグラフを取得してその傾向を分析し、その超音波プローブ固有の選択条件を事前に定めておくのが望ましい。

超音波プローブ及び送受信条件に応じて、図７に示したグラフの形態つまりヒステリシス特性が異なるので、それに応じて必要な１又は複数のパラメータを参照するのが望ましい。

上記実施形態によれば、単一の基本関数に基づいて送受波面の温度を推定する場合に比べて、その温度の推定精度を高められる。すなわち、基本関数により温度を推定可能な通常期の他、基本式によっては温度を推定困難な過渡期においても、送受波面の温度を一定の精度で推定できる。特に、環境温度の影響も考慮して表受波面の温度を推定できる。

１０ 本体、１１ 超音波プローブ、１２ プローブヘッド、１４ 超音波振動子（二次元振動素子アレイ）、１８Ａ 送受波面、２６ ＩＣ（集積回路）、２８ 温度センサ、３２ コネクタ、３４ 温度センサ、４８ 温度管理部、５０ 消費電極演算器、５２ 第１演算器、５４ 第２演算器、５６ 選択部、６０ 温度制御部。

Claims (8)

1. 超音波振動子、前記超音波振動子に電気的に接続された電子回路、内部温度を検出する内部温度センサ及び送受波面を含むプローブヘッドと、
   送受信条件及び内部温度に基づいて前記送受波面の温度を推定する手段であって、通常期用の温度推定関数としての基本関数、及び、前記基本関数が成り立たない過渡期用の温度推定関数としての補助関数を含む関数群を用いて前記送受波面の温度を推定する推定手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記基本関数による第１温度の算出及び前記補助関数による第２温度の算出が並列的に実行され、
   前記第１温度及び前記第２温度の内でいずれかを選択し、それを推定温度として出力する選択手段が設けられた、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記選択手段は、前記内部温度、及び、前記第１温度と前記第２温度の比較結果、に基づいて、前記第１温度及び前記第２温度のいずれかを選択する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１記載の装置において、
   環境温度を検出する環境温度センサを含み、
   前記推定手段は、更に前記環境温度に基づいて前記送受波面の温度を推定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記基本関数は、前記送受信条件に基づく消費電力、前記内部温度、及び、前記環境温度に基づいて、前記送受波面の温度を推定する一次式である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記補助関数は、前回推定された温度、及び、今回検出された内部温度と前回検出された内部温度の差分に基づいて、前記送受波面の温度を推定する漸化式である、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項４記載の装置において、
   前記プローブヘッドに対してケーブルを介してコネクタが接続され、
   前記コネクタは、筐体としての外側ケースと、電子回路基板と、前記外側ケース内に設けられ前記電子回路基板を囲むシールドケースとしての内側ケースと、を含み、
   前記外側ケースと前記内側ケースとの間に前記環境温度センサが設けられた、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 超音波振動子、電子回路及び送受波面を有するプローブヘッドにおける前記送受波面の温度を推定する推定工程と、
   前記推定された温度によって送受信を制御する制御工程と、
   を含み、
   前記推定工程は、
   前記送受波面の温度を推定する安定期用の温度推定関数としての基本関数を利用して前記送受波面の温度を第１温度として演算する工程と、
   過渡期用の温度推定関数としての補助関数を利用して前記送受波面の温度を第２温度として演算する工程と、
   前記第１温度又は前記第２温度を推定温度として選択する工程と、
   を含む、ことを特徴とする温度管理方法。