JP6900753B2 - 超音波探触子および超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波の送受信を行う超音波探触子および超音波診断装置に関する。

従来、超音波を被検体内部に照射し、その反射波を受信して解析することにより被検体内部の検査を行う超音波診断装置が普及している。超音波診断装置は、被検体を非破壊、非侵襲で調べることができるので、医療診断や建築構造物内部の検査等、種々の用途に広く用いられている。

一般的には、超音波診断装置は、被検体に対して超音波照射する超音波探触子を有する。超音波探触子は、電気の印加により振動することで超音波を発生させる超音波振動子と、超音波の反射を抑えて超音波が被検体に届きやすくするための音響整合層と、超音波振動子の余分な振動を抑えるためのバッキング材と、を有する。超音波探触子の使用時において、超音波振動子から見て、音響整合層は被検体に近い側に、バッキング材は被検体から遠い側に、それぞれ配置される。

このような超音波探触子において、超音波振動子に電気が印加されると、超音波振動子が振動して超音波が発生する。このとき、超音波振動子は超音波と同時に熱を発する。この熱が音響整合層側へ伝達されると、被検体の表面に直接接触する部位である音響レンズの温度が上昇してしまうことがある。このような事態は安全性の観点から好ましくないため、超音波振動子が発する熱が音響整合層側へ伝達されにくい構造を有する超音波探触子が要望されている。このような超音波探触子の一例が、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

特許文献１には、圧電素子（超音波振動子の構成要素）と背面負荷材との間に設けた熱伝導材と、背面負荷材の周辺に設け、かつ熱伝導材との間で熱が伝達できるように接続された放熱材と、を有する超音波探触子が開示されている。

また、特許文献２には、バッキング材を貫通する穴に熱導体を設け、この熱導体によって圧電体の熱を超音波プローブ（探触子）の支持体に伝達することで、圧電素子が発する熱を被検体から遠い側の構造に逃がすことができる超音波プローブが開示されている。

特開２０００−１８４４９７号公報 特表２０１５−５０３２８３号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、超音波探触子の内部の放熱材や支持体に伝達された熱が、超音波探触子内部にこもってしまう事態が生じうる。このため、超音波振動子が発する熱が超音波探触子内にこもらないように、より効率よく熱を被検体から遠い側の構造に逃がすことができる超音波探触子が要望されている。

本発明は、超音波振動子が発する熱を効率よく逃がすことができる超音波探触子および超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波探触子は、超音波の送信および受信を行う超音波振動子と、前記超音波振動子と電気的に接続され、前記超音波振動子の側面に沿って設けられた配線部材と、前記超音波振動子から見た前記配線部材の外側に設けられ、前記超音波振動子を電気的に保護するシールド部材と、前記配線部材と前記超音波振動子との間に、前記超音波振動子と接触して設けられた第１熱伝導部材と、前記シールド部材の外側に前記シールド部材と接触して設けられた第２熱伝導部材と、前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材とを熱的に接続する接続部材と、を備え、前記第１熱伝導部材と前記シールド部材とが熱的に接続されており、前記第１熱伝導部材、前記第２熱伝導部材、および前記接続部材は、少なくとも銅、アルミ、炭素繊維、グラファイト、グラフェンのいずれかの材料で構成されている。

本発明の超音波診断装置は、上記超音波探触子と、前記超音波探触子から被検体に対して超音波送信信号を送信させ、前記被検体からの反射波を受信した前記超音波探触子が生成した超音波受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置本体と、を有する。

本発明によれば、超音波振動子が発する熱を効率よく逃がすことができる。

超音波診断装置の全体構成を例示した図 超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図 超音波振動子の構成を模式的に示すための図 超音波探触子の外観を説明するための図 図４Ａにおいてケースの紙面手前側を外した状態を示す図 超音波探触子の内部構成を説明するための図 第１熱伝導部材、第２熱伝導部材、および接続部材について説明するための図 第１熱伝導部材、第２熱伝導部材、および接続部材について説明するための図 超音波探触子の内部構成の分解斜視図 図７に示す超音波探触子の内部構成が組み合わされた状態を示す斜視図 ケーブル内の被覆材にシールドの下端部を接続した様子を示す図 変形例２における超音波探触子の内部構成を説明するための図

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明、例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明等は省略する場合がある。

なお、以下において説明および参照される図面は、当業者が本発明を理解するために提供されるものであって、本発明の請求の範囲を限定するためのものではない。

＜超音波診断装置の構成＞
図１は、超音波診断装置２００の全体構成を例示した図である。図１に示すように、超音波診断装置２００は、超音波診断装置本体２１０と、超音波探触子２２０と、ケーブル２３０と、操作部２４０と、表示部２５０と、を有する。

超音波探触子２２０は、図示しない生体等の被検体内に対して超音波（送信超音波）を送信するとともに、この被検体内で反射した超音波の反射波（反射超音波：エコー）を受信する。

超音波診断装置本体２１０は、超音波探触子２２０とケーブル２３０を介して接続され、電気信号の駆動信号を超音波探触子２２０に対して送信することによって、超音波探触子２２０に超音波送信信号を送信させる。そして、被検体内からの反射波を受信した超音波探触子２２０が生成した超音波受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。

操作部２４０は、例えばスイッチ、ボタン、キーボード、マウス、タッチパネル等の操作デバイスであり、超音波診断装置２００のユーザである医師や検査技師等の操作を受け付ける。

表示部２５０は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスであり、超音波診断装置本体２１０が生成した超音波画像を表示したり、超音波診断装置２００の状態に応じた種々の表示画面を表示したりする。

次に、超音波診断装置２００の電気的な構成について説明する。図２は、超音波診断装置２００の電気的な構成を示すブロック図である。

超音波診断装置本体２１０は、図２に示すように、操作部２４０に接続されている制御部２１１と、制御部２１１およびケーブル２３０に接続されている送信部２１２および受信部２１３と、受信部２１３および制御部２１１のそれぞれと接続されている画像処理部２１４と、を有する。なお、制御部２１１および画像処理部２１４は、それぞれ表示部２５０と接続されている。

制御部２１１は、例えば、マイクロプロセッサや記憶素子、その周辺回路等を備えて構成され、超音波探触子２２０、操作部２４０、送信部２１２、受信部２１３、画像処理部２１４および表示部２５０を、それぞれの機能に応じて制御することによって超音波診断装置２００の全体の制御を行う回路である。

送信部２１２は、例えば、制御部２１１からの信号を超音波探触子２２０に送信する。受信部２１３は、例えば、超音波探触子２２０からの信号を受信して制御部２１１または画像処理部２１４へ出力する。

画像処理部２１４は、例えば、制御部２１１の制御に従い、受信部２１３で受信した信号に基づいて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。例えば、画像処理部２１４は、被検体の超音波画像を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）、および、当該ＤＳＰで処理された信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換するデジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）等を有している。

例えば、超音波診断装置２００では、制御部２１１が生体等の被検体に対して超音波を送信させる信号（送信信号）を送信部２１２に出力するとともに、被検体内からの反射波に基づいて超音波探触子２２０が生成した電気信号（受信信号）を受信部２１３に受信させる。受信部２１３で受信した受信信号は、画像処理部２１４によって画像信号に処理される。画像信号は、表示部２５０に送られて、画像が表示部２５０に表示される。表示部２５０は、また、操作部２４０から入力された、制御部２１１を介して送られる情報に基づく画像および操作（文字の表示、表示された画像の移動や拡大等）も表示する。

なお、超音波診断装置２００は、医療用の超音波診断装置に適用される。超音波診断装置２００は、この他にも、魚群探知機（ソナー）や非破壊検査用の探傷機等の、超音波による探査結果を画像や数値等で表示する装置に適用され得る。

次に、超音波探触子２２０について説明する。超音波探触子２２０は、ケース内部に超音波振動子１００を有する。以下では、まず超音波振動子１００について説明する。図３は、超音波振動子１００の構成を模式的に示すための図である。超音波振動子１００は、バッキング層１１０、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１２０、圧電材料層１３０、溝１４０、１４１、充填材１５０、音響整合層１６０、音響レンズ１７０および接着剤層１８０を有する。

バッキング層１１０は、圧電材料層１３０を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層１１０は、圧電材料層１３０の被検体に超音波を送受信する面とは反対の面（裏面：図３における下側の面）に装着され、被検体の方向の反対側に発生する超音波を吸収する。

ＦＰＣ１２０は、例えば、圧電材料層１３０が有する一対の電極と接続される、後述の圧電素子に対応したパターンの配線を有するプリント基板である。ＦＰＣ１２０は、本発明の配線部材の一例である。例えば、ＦＰＣ１２０は、一方の電極となる信号引き出し配線と、図示しない他方の電極に接続されるグランド引き出し配線とを有する。ＦＰＣ１２０は、上記の適当なパターンを有していれば、市販品であってもよい。ＦＰＣ１２０は、超音波振動子１００の長軸方向における側面に接続されている。

また、ＦＰＣ１２０の各配線を他の金属部材（特に後述のシールド２２３）から絶縁するための絶縁層２２６が設けられる（シールド２２３および絶縁層２２６については、図５を参照）。絶縁層２２６は、例えばポリイミド等の絶縁性の高い材料で形成される。また、ＦＰＣ１２０に絶縁層２２６を接着する材料としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等が使用される。

上記のバッキング層１１０とＦＰＣ１２０とは、絶縁性の接着剤等で接着されることが望ましい。

圧電材料層１３０は、圧電材料で構成される層であって、図示しない一対の電極を有する。圧電材料層１３０は、超音波診断装置本体２１０からの駆動電圧（送信信号）が印加されたときに振動して超音波を発生させる。また、圧電材料層１３０は、被検体内で反射した超音波を受信して電圧（受信信号）に変換する。圧電材料層１３０が発生した超音波は、圧電材料層１３０の音響整合層１６０側の面（表面：図３における上側の面）から照射される。

なお、圧電材料層１３０の共振周波数特性を向上させるため、圧電材料層１３０として複合圧電層を用いてもよい。複合圧電層は、被検体へ超音波を放射する方向に対して垂直方向に、圧電材とエポキシ樹脂等の高分子材とが交互に配置されて一体化されたものである。圧電材と高分子材とが一体化されているため、複合圧電層は圧電材と概ね同等の電気機械結合係数を有する一方で、音響インピーダンスＺａを圧電材に比べて下げることができる。これにより、圧電材料層１３０と後述する音響整合層１６０との音響インピーダンス差を小さくすることができ、圧電材料層１３０の共振周波数特性を、広い周波数帯域とすることができる。

溝１４０は、圧電材料層１３０の表面からバッキング層１１０に至る深さを有し、溝１４１は、圧電材料層１３０の表面から圧電材料層１３０内に至る深さを有している。溝１４０は、圧電素子の主素子を区画しており、溝１４１は、１主素子中に並列する三つの副素子を区画している。溝１４０、１４１は、いずれも、例えばダイシングソーによる溝切り加工によって形成されており、その幅は、例えば１５〜３０μｍである。なお、上記主素子におけるピッチ（溝１４０の中心間距離）は、例えば０．１５〜０．３０ｍｍであり、上記副素子におけるピッチ（隣り合う溝（溝１４１または溝１４０）の中心間距離）は、例えば０．０５〜０．１５ｍｍである。

充填材１５０は、溝１４０および１４１に充填されている。また、充填材１５０は、圧電材料層１３０と音響整合層１６０との間にも介在しているが、図３ではその存在を強調しており、圧電材料層１３０と音響整合層１６０との間では、実際は両者を接着するための接着剤として機能する程度の厚さで存在している。

音響整合層１６０は、圧電材料層１３０と後述の音響レンズ１７０との音響特性を整合させるための層である。超音波振動子１００において、圧電材料層１３０、音響整合層１６０、音響レンズ１７０音響インピーダンスは、この順に小さくなるように構成されている。これにより、超音波が被検体の表面で反射してしまう事態を防止し、超音波振動子１００の感度を高くすることができる。音響整合層１６０は、圧電材料層１３０の上記被検体側（表面側）に、例えば、前述の他方の電極を介して配置される。

音響レンズ１７０は、圧電材料層１３０から照射される超音波を集束させるための層である。音響レンズ１７０は、例えば、被検体と音響整合層１６０との中間の音響インピーダンスを有する軟質の高分子材料により構成される。

接着剤層１８０は、例えばシリコーン系接着剤の層であって、音響整合層１６０と音響レンズ１７０とを接着する。

なお、図３では図示を省略したが、圧電材料層１３０の裏面には、図示しない音響反射層を設置してもよい。音響反射層は、圧電材料層１３０で発生した超音波を反射する反射層である。音響反射層の一方の面は圧電材料層１３０の裏面と接合され、他方の面はバッキング層１１０と接合される。音響反射層は、被検体方向と反対方向に圧電材料層１３０から照射される超音波を、被検体方向へ反射させ、被検体に入射する超音波のパワーを増加させる。

上記したような超音波振動子１００において、超音波振動子１００（特に圧電材料層１３０）は、超音波を発生させるときに同時に熱を発する。この熱が音響整合層１６０および音響レンズ１７０側に伝達されると、超音波探触子２２０の被検体に接触する部位である音響窓２２２（図４Ａを参照）の温度が上昇してしまい、好適ではない。このため、本発明の超音波探触子２２０では、以下のような構造によって超音波振動子１００が発する熱を、超音波振動子１００から見て音響窓２２２とは反対方向のバッキング層１１０側に逃がすようになっている。

図４Ａは、超音波探触子２２０の外観を説明するための図である。図４Ａに示すように、超音波探触子２２０は、ケース２２１および音響窓２２２を有する。ケース２２１は超音波探触子２２０の内部構成を支持する部材である。音響窓２２２は、被検体と直接、または例えば超音波伝導用のカップリング材等を介して接触し、超音波探触子２２０の内部にある超音波振動子１００からの超音波を被検体に照射する、あるいは被検体からの反射超音波を入射させるための窓である。

図４Ｂは、図４Ａにおいてケース２２１の紙面手前側を外した状態を示す図である。図４Ｂに示すように、超音波探触子２２０の内部構成は、シールド２２３によって覆われた状態となっている。

シールド２２３は、電波、電磁場、静電場の結合を低減するために設けられ、超音波振動子１００を覆うように設けられる。実際には、シールド２２３は、図４Ｂに示すケース２２１の幅方向（図４Ｂにおける左右方向）の長さよりも広いシート状に形成されており（後述の図８を参照）、図４Ｂには超音波探触子２２０の内部構成を覆った後に折り畳まれた状態のシールド２２３が図示されている。なお、ケース２２１の幅方向は、超音波振動子１００の長軸方向に対応する。

シールド２２３は、例えば両面テープや非導電性の接着剤等によって、絶縁層２２６を介してＦＰＣ１２０に固定される。また、シールド２２３は、折り畳まれた状態で隙間ができないように、半田や導電性の接着剤等によって封止されている。図示は省略するが、シールド２２３はＧＮＤ信号線と接続されており、シールド２２３の内部からの電波、電磁場、静電場等の侵入や放出を防止する。シールド２２３は、例えば銅、ニッケル等の金属箔で形成される。

また、図４Ｂに示すように、超音波探触子２２０は、超音波振動子１００が発する熱を伝導して逃がすための第１熱伝導構造３００を有する。第１熱伝導構造３００の詳細については、後述する。

なお、以下の説明において、便宜上、図４Ａおよび図４Ｂの上方向を超音波探触子２２０の上方向と定義し、図４Ａおよび図４Ｂの下方向を超音波探触子２２０の下方向と定義する。また、上記したように、ケース２２１の幅方向に対応する図４Ａおよび図４Ｂの左右方向は、超音波探触子２２０および超音波振動子１００の長軸方向に対応する。

図５は、超音波探触子２２０の内部構成を説明するための図であり、図４ＢのＡ−Ａ断面図である。すなわち、図５は超音波探触子２２０の短軸方向（図４Ｂにおける紙面奥行き方向）に沿った断面図である。なお、図５は超音波探触子２２０の内部構成について説明するために、各構成の厚さ・大きさ等を誇張して示している。図５に示すように、超音波振動子１００は、ステイ２２４に支持されている。

ステイ２２４は、超音波振動子１００を支持する土台部材である。ステイ２２４は、本発明の土台部材の一例である。ステイ２２４は、超音波振動子１００を支持する面と反対側の面において、支持部材２２５と接合されている。超音波振動子１００のステイ２２４と接触する部位は、上記説明したバッキング層１１０である。ステイ２２４は、熱伝導性が比較的高い材料で形成されることが望ましい。具体的には、ステイ２２４は、例えば金属、エポキシ樹脂、またはフェノール樹脂等で形成される。

超音波振動子１００のステイ２２４に支持される面とは反対側には、音響窓２２２が存在する。図５において、超音波振動子１００の上側の面、すなわち音響レンズ１７０が存在する部位が、音響窓２２２と接触しているように図示されているが、音響レンズ１７０と音響窓２２２との間には、例えばケース２２１の一部等によって密閉され、かつカップリング液等が満たされた空間が介在していてもよい。

なお、上記説明において、超音波探触子２２０が被検体と接触する音響窓２２２を有する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、超音波探触子２２０が音響窓２２２を有さず、音響レンズ１７０が被検体に直接接触するようにしてもよい。

図５に示すように、ＦＰＣ１２０は、超音波振動子１００の側面に沿ってステイ２２４の方向（超音波探触子２２０の下方向）に向かって延びるように設けられる。図５では途中から図示を省略しているが、ＦＰＣ１２０の図示されない下方の端部において、ＦＰＣ１２０の配線はケーブル２３０の内部に収容される信号線と接続されている。これにより、ＦＰＣ１２０は、超音波診断装置本体２１０からの送信信号をケーブル２３０を介して超音波振動子１００へ伝送し、また、超音波振動子１００が生成した受信信号を超音波振動子１００へ伝送する。

ＦＰＣ１２０とシールド２２３との間には、絶縁層２２６が設けられる。ＦＰＣ１２０と絶縁層２２６、および、絶縁層２２６とシールド２２３との間は、例えば絶縁性の接着剤等で接着される。

シールド２２３は、上記したように、超音波振動子１００の全体を覆うように設けられる。また、シールド２２３は、ＦＰＣ１２０と絶縁層２２６を介してＦＰＣ１２０と接着されている。

図５に示すように、ＦＰＣ１２０と超音波振動子１００の他の構成（特に上記説明した圧電材料層１３０）およびステイ２２４との間には、第１熱伝導部材３０１が設けられる。すなわち、第１熱伝導部材３０１は、超音波振動子１００（特に圧電材料層１３０）およびステイ２２４と接触、より好適には密着する。これにより、超音波送信時に超音波振動子１００が発する熱が、直接、あるいはステイ２２４を介して、第１熱伝導部材３０１に伝導される。また、超音波振動子１００から見てシールド２２３のさらに外側には、第２熱伝導部材３０２が設けられる。

第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２は、上記した第１熱伝導構造３００の構成の一部であって、超音波振動子１００が発する熱を外部に逃がすための部材である。ここで、外部とは、超音波振動子１００から見て音響レンズ１７０とは反対方向におけるケース２２１の外を意味している。

第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とは、図６Ａおよび図６Ｂに示す接続部材３０３によって接続されている。図６Ａおよび図６Ｂは、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２、および接続部材３０３について説明するための図である。図６Ａは、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３の接続関係を示す図であり、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３を超音波探触子２２０から取り外して開いた状態を例示したものである。なお、図６Ａにおいては、説明のため接続部材３０３の大きさを誇張して示している。

ここで、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２、および接続部材３０３は、上記した第１熱伝導構造３００の構成要素である。

図６Ａに示すように、第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２は、例えば長方形状に形成されている。超音波探触子２２０に取り付けられる際には、長方形状の長辺方向が超音波探触子２２０の長軸方向と一致するように取り付けられる。なお、上記説明した図４Ｂには、外側の熱伝導部材である第２熱伝導部材３０２が図示されている。

接続部材３０３は、第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２の短辺とほぼ同じ幅を有し、第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２の短辺同士を接続する。これにより、接続部材３０３は、第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２を熱的および物理的に接続する。このため、超音波振動子１００が発した熱は、第１熱伝導部材３０１から接続部材３０３を介して第２熱伝導部材３０２へ伝導される。

第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３は、熱伝導性の高い材料で生成される。具体的には、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３は、銅、アルミ、炭素繊維、グラファイト、グラフェン等をシート状に形成した材料で生成されればよい。特に好適には、例えば特開２０１６−１３０２１２号公報に記載された、厚みが１〜１００ｎｍの薄片状黒鉛結晶を用いて生成されればよい。第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３は、それぞれ異なる材料で生成されてもよいが、同じ材料を用いて生成されるのが好ましい。

また、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３、特に接続部材３０３は、可塑性を有する。このため、第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とは、接続部材３０３によって熱的および物理的に接続されたまま、図５および図６Ｂに示すように互いに対向した状態となることができる。図６Ｂは、接続部材３０３が曲げられることによって、第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とが互いに対向した状態を示している。

なお、上記説明において、第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３をそれぞれ別体として示しているが、これらは一体に構成されていてもよい。第１熱伝導部材３０１、第２熱伝導部材３０２および接続部材３０３が一体に構成されている場合でも、これらの材料は可塑性を有するため、図６Ｂに示すように第１熱伝導部材３０１部分と第２熱伝導部材３０２部分とが互いに対向した状態になることができる。

図７は、超音波探触子２２０の内部構成の分解斜視図である。図７では、超音波探触子２２０の各構成を分解し、超音波振動子１００の短軸方向に沿って離して図示している。図７では離れて図示されているが、超音波振動子１００の長軸方向における側面にはＦＰＣ１２０が設けられており、超音波振動子１００およびステイ２２４とＦＰＣ１２０との間に第１熱伝導部材３０１が設けられる（図５参照）。ＦＰＣ１２０とシールド２２３とは絶縁層２２６（図７では図示を省略）を介して固定されており、シールド２２３の外側に第２熱伝導部材３０２が設けられる。図７では接続部材３０３の長さ（第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２の短辺方向に垂直な方向の幅）が誇張されているが、第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とが接続部材３０３によって接続されている。実際には、接続部材３０３の長さは、ＦＰＣ１２０、絶縁層２２６、およびシールド２２３の厚さの合計とほぼ同じ程度の長さであればよい。

なお、図７では簡単のため、超音波振動子１００の長軸方向における片方の側面側に設けられる構成のみ図示しているが、実際には反対側の側面にも同様の構成が設けられている（図５参照）。

図８は、図７に示す超音波探触子２２０の内部構成が組み合わされた状態を示す斜視図である。図８に示すシールド２２３が超音波振動子１００、ＦＰＣ１２０、ステイ２２４、および支持部材２２５を覆うように折り畳まれてケース２２１に入れられると図４Ｂに示す状態となる。なお、図８に示すように、シールド２２３には、接続部材３０３を通すための切り込み２２３ａが設けられる。この切り込み２２３ａは、シールド２２３が折り畳まれる際には、接続部材３０３とシールド２２３との間に隙間ができないように、半田や導電性の接着剤等によって封止される。なお、図８において、簡単のため、超音波振動子１００の長軸方向における片方の側面側に設けられる構成のみ図示されているが、実際には反対側の側面にも同様の構成が設けられる（図５参照）。

なお、図８ではシールド２２３が超音波振動子１００、ＦＰＣ１２０、ステイ２２４、および支持部材２２５の全体を覆う場合について図示しているが、シールド２２３は必ずしも超音波振動子１００の全体を覆っていなくてもよい。すなわち、シールド２２３は、例えば超音波振動子１００のＦＰＣ１２０の配線部分より下方のみを覆うような構造としてもよい。この場合、シールド２２３に切り込み２２３ａを設けなくても、接続部材３０３を折り曲げて第２熱伝導部材３０２をシールド２２３に接触させることができる。

そして、第２熱伝導部材３０２は、シールド２２３の外側の面に接触、より好適には密着するように設けられる。

このような第１熱伝導構造３００によって、超音波振動子１００の発する熱は、以下説明するように外部へ伝導される。すなわち、超音波振動子１００が熱を発すると、熱は、超音波振動子１００から直接、あるいはステイ２２４を介して、超音波振動子１００およびステイ２２４に接触して設けられた第１熱伝導部材３０１に伝導される（図５および図８参照）。

第１熱伝導部材３０１は、図６Ａおよび図７Ａ等に示すように、接続部材３０３を介して第２熱伝導部材３０２と熱的に接続されているため、第１熱伝導部材３０１に伝導された熱は、接続部材３０３を介して第２熱伝導部材３０２へ伝導される。そして、第２熱伝導部材３０２はシールド２２３と接触して設けられるため、第２熱伝導部材３０２に伝導された熱は、シールド２２３へ伝導される。シールド２２３は、図４Ｂに示すように、超音波探触子２２０の下部まで超音波探触子２２０の内部構成を覆うことができるように、広い面積を有して構成されている。このため、シールド２２３に伝導された熱は、大気等に好適に放散される。これにより、超音波振動子１００の発する熱が超音波探触子の被検体と接触する部位（音響窓２２２、あるいは音響レンズ１７０）の温度を上昇させ、被検体が不快感を覚えるような事態を回避することができる。

ここで、超音波振動子１００が発する熱をより好適に放散させるため、第１熱伝導部材３０１の超音波振動子１００およびステイ２２４への接触面積より、第２熱伝導部材３０２のシールド２２３への接触面積の方が大きくなるように構成するようにしてもよい。このような構成は、例えば、単純に第２熱伝導部材３０２の面積が第１熱伝導部材３０１の面積より大きくなるように形成されることによって実現されうる。または、超音波振動子１００およびステイ２２４の長軸方向における側面部分の面積はシールド２２３の面積より小さいため、第１熱伝導部材３０１および第２熱伝導部材３０２の面積を、超音波振動子１００およびステイ２２４の長軸方向における側面部分の面積よりも大きくなるように形成しても実現されうる。

また、図９に示すように、ケーブル２３０の内部に設けられた信号線を覆う被覆材２３１にシールド２２３の下端部を接続すれば、シールド２２３に伝導された熱がより好適に放散される。図９は、ケーブル２３０内の被覆材２３１にシールド２２３の下端部を接続した様子を示す図である。

図９において、ケーブル２３０の内部の被覆材２３１は、ケース２２１の内部においてシールド２２３と熱的に接続されている。なお、図９では、シールド２２３は図４Ｂに示すように折り畳まれた状態で示されている。図９においては、ケーブル２３０の被覆材２３１がケース２２１内においてケーブル２３０外に露出しているが、本発明はこれには限定されず、例えばシールド２２３の下端部がケーブル２３０の内部に入り込んで被覆材２３１と接続されるようにしてもよい。

＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明の超音波探触子２２０は、超音波振動子１００と、超音波振動子１００と電気的に接続され、超音波振動子１００の長軸方向における側面に沿って設けられたＦＰＣ（配線部材）１２０と、超音波振動子１００から見たＦＰＣ１２０の外側に接着され、超音波振動子１００を電気的に保護するシールド２２３と、ＦＰＣ１２０と超音波振動子１００との間に設けられ、超音波振動子１００と接触して設けられた第１熱伝導部材３０１と、シールド２２３の外側にシールド２２３と接触して設けられた第２熱伝導部材３０２と、第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とを熱的に接続する接続部材３０３と、を有する。

このような構成により、超音波振動子１００が発する熱は、第１熱伝導部材３０１に伝導され、接続部材３０３を介して第２熱伝導部材３０２に伝導される。第２熱伝導部材３０２はシールド２２３と接触して設けられるため、第２熱伝導部材３０２に伝導された熱は、シールド２２３へと伝導される。これにより、超音波振動子１００から、被検体と接触する接触部（音響窓２２２、あるいは音響レンズ１７０）側へと伝導される熱の量が減るため、高温の接触部と接触した被検体が不快感を覚える事態を防止することができる。

以下では、本発明の超音波探触子２２０における、第１熱伝導構造３００の効果を端的に説明するため、下記の表１において、第１熱伝導構造３００を設けた場合と設けない場合のそれぞれにおける、接触部における温度のシミュレーション結果について示す。

表１の左欄は、第１熱伝導構造３００の材料を例示している。表１において、「使用時」は上記した実施の形態のように第１熱伝導構造３００を設けた場合を、「未使用時」は第１熱伝導構造３００を設けない場合を示す。

ＦＰＣ１２０の材料は熱伝導性が第１熱伝導構造３００と比較して低く、またシールド２２３とＦＰＣ１２０と間に熱伝導性が比較的低い絶縁層２２６が設けられている。このため、第１熱伝導構造３００を設けない場合、超音波振動子１００が発した熱はシールド２２３側へと伝導されず、接触部側へ多く伝導されるので、接触部における温度が上昇してしまう。

一方、上記実施の形態で説明したように第１熱伝導構造３００を設けた場合、超音波振動子１００が発した熱がシールド２２３へと伝導されるので、表１に示すように、第１熱伝導構造３００を設けない場合と比較して、接触部における温度を低減させることができる。

＜変形例＞
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲の記載範囲内において、当業者が想到できる各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

［変形例１］
上記した実施の形態において、ＦＰＣ１２０、絶縁層２２６およびシールド２２３の内側に設けられた第１熱伝導部材３０１と、シールド２２３の外側に設けられた第２熱伝導部材３０２とは、ＦＰＣ１２０を迂回する接続部材３０３によって熱的および物理的に接続された例について説明した。

変形例１として、例えば、ＦＰＣ１２０、絶縁層２２６およびシールド２２３に穴を設け、その穴に接続部材３０３を通して第１熱伝導部材３０１と第２熱伝導部材３０２とを接続するようにしてもよい。この穴は、ＦＰＣ１２０の配線を避けるように設けられている。この穴は、接続部材３０３を通した後、シールド２２３による超音波振動子１００の内部構成への電気的な保護を保つため、半田や導電性の接着剤等によって封止される。接続部材３０３を通すための穴の数は１つに限定されず、複数であってもよい。また、穴の形状についても本発明では特に限定されず、どのような形状の穴であってもよい。

［変形例２］
上記実施の形態では、超音波振動子１００が発した熱が第１熱伝導構造３００を介してシールド２２３へ伝導される構成について説明したが、下記説明するように支持部材２２５を介して放散されるようにしてもよい。

図１０は、変形例２における超音波探触子２２０ａの内部構成を説明するための図である。本変形例２においては、図１０に示すように、超音波振動子１００、ステイ２２４、および支持部材２２５は上記した実施の形態と同様の構成であり、その他の構成については図示を省略している。図１０に示すように、本変形例２において、支持部材２２５の下端部には、ペルチェ素子４０１と第３熱伝導部材４０２とを有する第２熱伝導構造４００が設けられている。

ペルチェ素子４０１は、電流を流すことで吸熱側から発熱側へ熱を移動させる素子（熱電素子）である。ペルチェ素子４０１の吸熱側は支持部材２２５に、発熱側は第３熱伝導部材４０２に、それぞれ接続されている。

このような構成において、超音波振動子１００が発する熱は、熱伝導性が比較的高いステイ２２４に伝導され、次いで支持部材２２５へ伝導される。従って、本変形例２においては、支持部材２２５は熱伝導性が比較的高い材料、例えば金属等で形成される。

ペルチェ素子４０１は、超音波診断装置本体２１０からケーブル２３０を通って送信されてきた送信信号の一部を用いて吸熱と発熱とを行う。すなわち、ペルチェ素子４０１は、支持部材２２５に伝導された熱を吸熱側から吸熱し、発熱側に接続された第３熱伝導部材４０２に伝導する。

第３熱伝導部材４０２は、熱伝導性が比較的高い材料で形成されており、伝導された熱を大気等に効率よく放散することができる。あるいは、第３熱伝導部材４０２が、例えばケーブル２３０の内部に設けられた信号線を覆う被覆材に接続されることで、伝導された熱をより好適に超音波探触子２２０の外部へ逃がすことができるようになる。

ペルチェ素子４０１の効率を向上させるためには、第３熱伝導部材４０２の熱伝導性をステイ２２４や支持部材２２５より高くすることが望ましい。これは、一般にペルチェ素子では吸熱側の吸熱効果より発熱側の発熱効果の方が大きいからである。

このような構成を有する変形例２の超音波探触子２２０ａでは、超音波振動子１００が発した熱を効率よく超音波探触子２２０ａの外部へ逃がすことができる。

なお、本変形例２では、図１０における図示および説明を省略したが、図４〜図８に関連して説明したような上記実施の形態の構成（第１熱伝導構造３００）も設けられていてもよい。このようにすれば、より好適に超音波振動子１００が発した熱を効率よく超音波探触子２２０の外部へ逃がすことができるようになる。

本発明は、超音波振動子が発熱する超音波探触子に好適である。

１００ 超音波振動子
１１０ バッキング層
１２０ ＦＰＣ
１３０ 圧電材料層
１４０ 溝
１４１ 溝
１５０ 充填材
１６０ 音響整合層
１７０ 音響レンズ
１８０ 接着剤層
２００ 超音波診断装置
２１０ 超音波診断装置本体
２１１ 制御部
２１２ 送信部
２１３ 受信部
２１４ 画像処理部
２２０ 超音波探触子
２２１ ケース
２２２ 音響窓
２２３ シールド
２２４ ステイ
２２５ 支持部材
２２６ 絶縁層
２３０ ケーブル
２３１ 被覆材
２４０ 操作部
２５０ 表示部
３００ 第１熱伝導構造
３０１ 第１熱伝導部材
３０２ 第２熱伝導部材
３０３ 接続部材
４００ 第２熱伝導構造
４０１ ペルチェ素子
４０２ 第３熱伝導部材

Claims (5)

1. 超音波の送信および受信を行う超音波振動子と、
   前記超音波振動子と電気的に接続され、前記超音波振動子の側面に沿って設けられた配線部材と、
   前記超音波振動子から見た前記配線部材の外側に設けられ、前記超音波振動子を電気的に保護するシールド部材と、
   前記配線部材と前記超音波振動子との間に、前記超音波振動子と接触して設けられた第１熱伝導部材と、
   前記シールド部材の外側に前記シールド部材と接触して設けられた第２熱伝導部材と、
   前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材とを熱的に接続する接続部材と、
   を備え、
   前記第１熱伝導部材と前記シールド部材とが熱的に接続されており、
   前記第１熱伝導部材、前記第２熱伝導部材、および前記接続部材は、少なくとも銅、アルミ、炭素繊維、グラファイト、グラフェンのいずれかの材料で構成されている、
   超音波探触子。
2. 前記超音波振動子の土台となる土台部材をさらに有し、
   前記第１熱伝導部材は前記超音波振動子および前記土台部材と接触して設けられる、
   請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記第１熱伝導部材が前記超音波振動子および前記土台部材と接触する面積より、前記第２熱伝導部材が前記シールド部材と接触する面積の方が広い、
   請求項２に記載の超音波探触子。
4. 前記超音波探触子における前記超音波振動子が設けられた側とは反対側の端部に、前記配線部材と電気的に接続された信号線を内包したケーブルをさらに有し、
   前記シールド部材は、前記超音波振動子が設けられた側とは反対側の端部まで延びて設けられ、
   前記シールド部材の前記端部は、前記ケーブルの内部において前記信号線を覆う被覆材と熱的に接続される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
   前記超音波探触子から被検体に対して超音波送信信号を送信させ、前記被検体からの反射波を受信した前記超音波探触子が生成した超音波受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置本体と、
   を有する超音波診断装置。

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