JPH09140706A - 超音波診断装置のプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プローブを大形化させないで、プローブの生体
接触面の温度上昇を抑える一方、送信音響パワーの増大
を可能にする。 【解決手段】超音波送受信用の振動子部１３を備え、振
動子部１３は振動子１３ａ、音響レンズ１３ｂ、バッキ
ング材１３ｃを有する。振動子１３ａに信号線１４を介
して接続され且つエコー信号受信のためのインピーダン
ス変換器２１２を含む回路を実装した複数の回路基板２
１…２１と、複数の回路基板２１…２１全体に巻き付け
た絶縁テープ２５と、絶縁テープ２５を巻いた複数の回
路基板２１…２１全体を巻いたアルミ箔２６と、アルミ
箔２６に一端Ｈｉが当接し且つアルミ箔２６を巻いた複
数の回路基板２１…２１の周りにコイル状に巻き回した
ヒートパイプ２７とを備える。ヒートパイプ２７の他端
Ｈｏを複数の回路基板２１…２１から振動子部１３とは
反対側に離間させるように配置し、モールド樹脂１２で
含浸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波診断装置
のプローブに係り、とくに、プローブの被検体当接面の
温度上昇の抑制に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置のプローブは被検体の体
表に当接して使用されるもので、一般に、超音波送受信
用の振動子部と、この振動子部に信号線を介して接続さ
れた回路基板とを備えている。振動子部は圧電素子から
成る振動子、音響レンズ、及びバッキング材を備えてお
り、音響レンズが被検体に直接触れるようになってい
る。振動子と装置本体との間の信号の受け渡しは、回路
基板に実装された回路を介して行われる。この回路基板
には、送受信１チャンネルにつき送信側の電子スイッチ
回路と受信側のインピーダンス変換回路とが実装され、
通常、この送受信の回路が複数チャンネル分装備されて
いる。この回路基板と装置本体とはプローブケーブル内
の信号線を介して接続されている。音響レンズはプロー
ブケーシングから外部に覗かせているが、その他の構成
要素をプローブケーシングにモールド樹脂により含浸・
内蔵している。

【０００３】超音波診断装置を作動させると、プローブ
の電気回路にも通電され、プローブの回路自体が発熱す
るが、この発熱はモールド樹脂内に自然放散される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、プローブの送信
音響パワーの上限値の規制が見直され、送信音響パワー
を上げてＳ／Ｎ比の良い超音波画像を得ることができる
ようになった。

【０００５】しかしながら、送信音響パワーを上げる
と、これに伴ってプローブの内部回路の発熱も大きくな
ることから、モールド樹脂の熱伝導率が低いことに因
り、熱源周囲に熱が蓄積されてしまう傾向がある。この
蓄積熱は徐々に周囲に伝わり、被検体に直接当接する音
響レンズ外表面の温度を大きく上昇させてしまうという
不都合がある。とくに、超音波診断装置の電源を投入し
たまま、プローブを空中に長時間、放置（つまり、プロ
ーブを被検体に当接しない状態）すると、プローブに送
られてきたエネルギの殆どはプローブ内部で消費され、
プローブ発熱の度合いが大きく、プローブの音響レンズ
外表面の温度上昇も大きくなるという不都合がある。プ
ローブの体表接触面（音響レンズ面）の温度上昇は患者
に不快感を与えることも多かった。

【０００６】プローブの大形化は操作性など面から嫌わ
れ、極力、コンパクトになるように設計されていること
から、プローブ表面を積極的に冷却する機構を付加する
ことも実際的に困難であった。この結果、プローブの温
度上昇を抑えるためには、送信音響パワーを抑えた設計
を行わざるを得なかった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の不都合に
鑑みてなされたもので、プローブを大形化させることな
く、プローブの生体接触面の温度上昇を抑えることを、
その目的とする。また、そのようなプローブの生体接触
面の温度上昇を抑えて、その分、送信音響パワーを上げ
ることができる超音波診断装置のプローブを提供するこ
とを、目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１乃至７記載の発明では、被検体との間で超
音波信号を送受信する振動子部を備えた超音波診断装置
のプローブにおいて、前記プローブ内部の熱源から発生
した熱を当該プローブ内部にて集める熱収集手段と、こ
の熱収集手段が集めた熱を当該プローブ内部の前記振動
子部とは反対側の前記熱源から離れた位置に導く熱伝達
手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】電気回路などの熱源の発熱が熱収集手段に
より集められる。この熱は、熱伝達手段により、熱源で
の発生熱が積極的に振動子部とは反対側に運ばれて放散
されるから、振動子部に伝わる熱量が減り、振動子部の
生体接触面の表面温度が下がる。

【００１０】前記熱源は、例えば、前記振動子部に信号
線を介して接続され且つ当該プローブ内に配置された回
路基板である。前記熱収集手段は、例えば、前記熱源の
周囲を囲むように配置された熱伝導性シート体である。
前記熱伝達手段は、例えば、前記熱収集手段が集めた熱
を一端から受けるように当該プローブ内に配置された管
状の熱伝導体である。前記熱伝導体は、例えば、ヒート
パイプである。

【００１１】好適には、前記熱収集手段は前記熱源の周
囲を囲むように配置された熱伝導性を有する箔体であ
り、前記熱伝達手段は前記箔体に一端を接触させるよう
に当該プローブ内に配置されたヒートパイプである。好
適には、前記ヒートパイプは当該プローブ内で前記回路
基板の周りにコイル状に巻いて配置され且つその他端は
当該プローブ内で前記熱源から離間して放置した構造で
ある。

【００１２】請求項８記載の発明では、被検体との間で
超音波信号を送受信する振動子部を備えた超音波診断装
置のプローブにおいて、前記プローブ内部の熱源の近傍
に配置された熱収集端を有しかつこの熱収集端から集め
られた熱を当該プローブ内部の前記振動子部とは反対側
の前記熱源から離れた位置に導く熱伝達手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】熱伝達手段により、熱源での発生熱が積極
的に振動子部とは反対側に運ばれて放散されるから、振
動子部に伝わる熱量が減り、振動子部の生体接触面の表
面温度が下がる。

【００１４】さらに請求項９記載の発明では、被検体と
の間で超音波信号を送受信する振動子部を備え、この振
動子部は、前記超音波信号を発生させる振動子と、この
振動子の超音波出射側に配設した音響レンズと、前記振
動子の背面側に配設したバッキング材とを有する、超音
波診断装置のプローブにおいて、前記振動子に信号線を
介して接続され且つエコー信号受信のためのインピーダ
ンス変換器を含む回路を実装した複数の回路基板と、前
記複数の回路基板の全体の周囲に巻き付けた絶縁材と、
この絶縁材を巻いた前記複数の回路基板の全体を巻いた
アルミ箔と、このアルミ箔に一端が当接し且つこのアル
ミ箔を巻いた前記複数の回路基板の周りにコイル状に巻
き回したヒートパイプとを備え、このヒートパイプのも
う一端を前記複数の回路基板から前記振動子部とは反対
側に離間させるように配置し、プローブ内部全体をモー
ルド樹脂で含浸したことを特徴とする。

【００１５】主要熱源であるインピーダンス変換器の発
熱はアルミ箔により集められる。この熱はさらにヒート
パイプにより振動子部とは反対側、つまり装置本体側に
運ばれ、モールド樹脂に放散され、冷却される。これに
より、インピーダンス変換器の発熱が振動子部の音響レ
ンズに伝わり難くなり、生体接触面である音響レンズ外
表面の温度上昇も抑制される。このように温度上昇を抑
制した分、送信電圧を上げて、送信音響パワーを増大さ
せることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一つの実施の形
態を図１〜図５を参照して説明する。

【００１７】この実施形態にかかる超音波診断装置の概
略構成を図１に示す。この超音波診断装置は装置本体１
とプローブ２とを備える。装置本体１は、被検体との間
でプローブ２を介して超音波信号を送受させ、そのエコ
ー信号に基づいて超音波画像を得る機能を有する。

【００１８】プローブ２は、装置本体１に接続されるケ
ーブル２ａと、このケーブル２ａの先端部に位置して被
検体の体表に当接されるプローブヘッド２ｂとを備え
る。

【００１９】プローブヘッド２ｂは、その軸方向（深さ
Ｚ方向）断面が細長い卵形を成し且つその横方向断面
（スキャン方向Ｘ，スライス方向ＹのＸＹ面）が図２に
示す如く略長方形を成すケーシング１１を有し、このケ
ーシング１１に必要な回路部品をモールド樹脂１２によ
り含浸・内蔵してある。この回路部品は振動子部１３、
リード線１４、１５、及び回路基板部１６である。

【００２０】振動子部１３は、圧電体で形成された振動
子１３ａを有し、その超音波放射側及びその背面側に音
響レンズ１３ｂ及びバッキング材１３ｃを貼り付けてい
る。振動子部１３は、その音響レンズ１３ｂがケーシン
グ１１の先端開口から外部を覗く状態で配置されてい
る。振動子１３ａは、例えば電子セクタプローブを成す
複数チャンネル（例えば９６チャンネル）のアレイ形に
形成されており、各チャンネルの振動子片に図示しない
電極が取り付けられている。各電極にはリード線１４
（…１４）の一端が接続され、このリード線１４…１４
の他端が回路基板部１６に至る。

【００２１】回路基板部１６は、複数枚（例えば６枚）
のプリント基板２１…２１で成り、このプリント基板２
１…２１の各々に超音波送受信回路の一部が実装されて
いる。この回路例を図３に示す。同図に示すように、１
チャンネルの振動子片につき送信側の電子スイッチ２１
１と受信側のインピーダンス変換器２１２が実装され、
１枚のプリント基板２１に複数チャンネル分（例えば１
６チャンネル分）の電子スイッチ２１１（…２１１）及
びインピーダンス変換器２１２（…２１２）の並列回路
が実装されている。各チャンネル毎に、その振動子側が
リード線１４の他端に、本体側がリード線１５の一端に
接続されている。この本体側リード線１５…１５の他端
はケーブル２ａを通って装置本体１の超音波送受信回路
に電気的に接続されている。

【００２２】さらに本実施形態に構成によれば、複数枚
のプリント基板２１…２１は、例えば図２に示す如く積
層状態で束ねられ、その全体に絶縁テープ２５が巻か
れ、その上に、アルミ箔２６が巻かれる。アルミ箔の外
側表面の所定位置には、ヒートパイプ２７の一端Ｈｉを
接触接続させ、このヒートパイプ２７を、アルミ箔２６
を巻いた回路基板部１６及び本体側リード線１５…１５
の周りにコイル状（螺旋状）に巻き回し、その他端Ｈｏ
をケーシング１１内の装置本体側に放置している。ヒー
トパイプ２７は、減圧したパイプの内部に水又はアルコ
ールなどの液体を入れたもので、一般に市販されている
ものを使うことができる。

【００２３】回路部品及びヒートパイプ２７の全体はエ
ポキシ系の発泡性樹脂をモールド樹脂１２として含浸・
固化され、ケーシング１１内に収められている。

【００２４】このように構成することで、装置本体１は
プローブ２を介して被検体との間で超音波信号を送受信
し、超音波画像を得ることができる一方、プローブ２の
表面温度抑制の面でも以下のような利点を得ることがで
きる。

【００２５】このように構成されたプローブヘッド２ｂ
の熱源は、振動子部１３及び回路基板部１６である。本
発明者の知見によれば、同一の動作条件の元では、振動
子部１３よりも回路基板部１６の方が発熱量が多く、主
要熱源はプリント基板２１…２１に実装したチャンネル
毎のインピーダンス変換器２１２であることが分かっ
た。つまり、インピーダンス変換器２１２…２１２に供
給するバイアス電流に因るジュール熱が主要熱源であ
る。

【００２６】この回路基板部１６の発熱は、その周囲の
アルミ箔２６により集熱される。この熱はヒートパイプ
２７の一端Ｈｉに伝わるから、ヒートパイプ２７内部の
液体を介してその他端Ｈｏに運ばれる。この他端Ｈｏの
熱は、モールド樹脂１２中に放散され、モールド樹脂を
通して徐々に外気中に放散される。

【００２７】このように主要熱源である、回路基板部１
６のインピーダンス変換器２１２…２１２での発熱がア
ルミ箔２６で積極的に集められ、ヒートパイプ２７によ
り音響レンズ１３ｂとは反対の装置本体方向になるべく
遠くに運ばれていく。ヒートパイプ２７はコイル状に巻
かれているから、このコイル軸方向の長さが短くてもモ
ールド樹脂１２との接触面積が多くなり、他端Ｈｏの方
向への熱伝達の途中で徐々に或いは他端Ｈｏでモールド
樹脂１２中に放散される。つまり、主要熱源の発熱が、
振動子部１３とは反対方向に積極的に運ばれ、モールド
樹脂１２を通して最終的には外気中に自然放散される。

【００２８】これにより、従来のように回路基板部１６
の近傍に熱が蓄積され、この蓄積熱が音響レンズ１３ｂ
の外表面温度に大きく関与するという熱的状態を排除で
き、回路基板部１６の近傍の蓄積熱を積極的に大幅に減
らすことができる。この結果、音響レンズ１３ｂに伝わ
る熱も減り、その外表面の温度上昇を好適に抑えること
ができ、プローブを長時間、空中放置しておいた場合で
も、音響レンズ外表面の温度上昇に因って患者に不快感
を与えないで済む。

【００２９】この温度上昇抑制の実験例を、従来技術と
比較しながら図４、５に示す。これらの図において、横
軸には送信電圧Ｖｐをとり、縦軸にはプローブの生体接
触面（音響レンズ外表面）の気温との温度差Δｔをとっ
ている。図４は、本実施形態に係る温度上昇抑制策を施
さない、従来技術（つまり、図１、２に示す絶縁テープ
２５、アルミ箔２６、及びヒートパイプ２７を設けない
構成）に拠る温度特性である。図５は本実施形態に拠る
温度特性である。両者とも同一の動作条件の元での測定
に拠る。この結果、例えば送信電圧Ｖｐ＝６８［Ｖ］で
比較してみると、およそ、従来技術の構成の場合、温度
差Δｔ＝２２［°Ｃ］であったものが、本実施形態の場
合、温度差Δｔ＝１０［°Ｃ］に低減し、温度上昇抑制
が良好に実施されていることを確認できた。

【００３０】このように、同一送信電圧の元では音響レ
ンズ外表面の温度を大幅に下げることができるので、生
体接触面の発熱規制の上限レベルに対して温度的に余裕
ができ、その余裕分だけ送信電圧を上げることができ
る。これにより、送信音響パワーが上がり、高い強度の
エコー信号が得られて、Ｓ／Ｎ比が向上し、感度の良い
超音波診断装置を提供できる。

【００３１】また、プローブヘッド２ｂでは、アルミ箔
２６を回路基板部１６に巻いているため、効率良く集熱
できる。さらに熱を遠くに積極的に逃がすヒートパイプ
２７は回路基板部１６及びリード線１５…１５の周囲の
コイル状に巻く配置であるから、デッドスペースを有効
に使用しており、プローブヘッド２ｂの小形化を維持で
きる。

【００３２】さらに、かかる温度上昇の低減に因り、回
路基板部１６に実装する部品、とくにインピーダンス変
換器２１２…２１２の長寿命化の利点もある。

【００３３】なお、上述した実施形態ではヒートパイプ
２７をコイル状に巻き回したが、本発明は必ずしもこれ
に限定されることなく、例えばケーシング１１の横方向
断面の形状に合わせて（例えば四角形に）巻き回しても
よいし、或いは単に直線状に配置してもよい。さらに
は、複数本のヒートパイプを多重に巻き回したり、併置
する構成も可能である。

【００３４】また、ヒートパイプ２７の熱源側一端Ｈｉ
は集熱部材であるアルミ箔２６に接触させる構成とした
が、その一端Ｈｉをアルミ箔２６の近傍に非接触で置く
だけの構成も採用できる。また、アルミ箔２６を使わず
に、ヒートパイプ２７の一端Ｈｉを単に回路基板部１６
に近傍に配置するだけの簡易な構成も採用できる。

【００３５】さらに、本発明の熱伝導体としては、前述
したヒートパイプのほか、金属製の管状部材（螺旋状そ
の他の形への巻き回し加工も含む）であってもよい。

【００３６】さらにまた、前述した実施形態では回路基
板部１６にのみ本発明の温度上昇抑制構造を採用する例
を示したが、必要に応じて、振動子部１３についても回
路基板部１６と同時に又は単独で上述の温度上昇抑制構
造を採用してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至７記
載の発明では、プローブ内部の熱源から発生した熱を集
める熱収集手段（例えばアルミ箔のような熱伝導性シー
ト材）と、この熱収集手段が集めた熱を当該プローブ内
部の振動子部とは反対側の熱源から離れた位置に導く熱
伝達手段（例えば管状熱伝導体としてヒートパイプ）と
を備えたことから、熱源の発熱が熱収集手段により集め
られ、熱伝達手段により、熱源での発生熱が積極的に振
動子部とは反対側に運ばれて放散される。この結果、振
動子部に伝わる熱量が従来のプローブヘッド構造に比べ
て著しく減り、振動子部の生体接触面の表面温度が下が
る。これにより、患者に熱的な不快感を与えずに済む。
一方、温度低下に見合う分、送信電圧を上げることがで
き、送信音響パワーを増大させて、Ｓ／Ｎ比の向上した
高感度の超音波診断装置を提供できる。また、管状熱伝
導体としてのヒートパイプをコイル状に巻き回して内蔵
させることで、放熱効果をより向上させることができる
とともに、プローブヘッド内部のデッドスペースを有効
に利用した配置ができ、プローブヘッドの小形化を維持
できる。

【００３８】請求項８記載の発明では、プローブ内部の
熱源の近傍に配置された熱収集端を有しかつこの熱収集
端から集められた熱を当該プローブ内部の振動子部とは
反対側の熱源から離れた位置に導く熱伝達手段を備えて
いるので、熱伝達手段により積極的な放熱効果が得ら
れ、振動子部に伝わる熱量を下げることができ、その生
体接触面の温度上昇を大幅に抑制できる。

【００３９】さらに請求項９記載の発明では、振動子に
信号線を介して接続され且つエコー信号受信のためのイ
ンピーダンス変換器を含む回路を実装した複数の回路基
板と、複数の回路基板の全体の周囲に巻き付けた絶縁材
と、この絶縁材を巻いた複数の回路基板の全体を巻いた
アルミ箔と、このアルミ箔に一端が当接し且つこのアル
ミ箔を巻いた複数の回路基板の周りにコイル状に巻き回
したヒートパイプとを備え、このヒートパイプのもう一
端を複数の回路基板から振動子部とは反対側に離間させ
るように配置し、プローブ内部全体をモールド樹脂で含
浸したので、アルミ箔による熱収集作用とヒートパイプ
とよる放熱作用が共働して上述と同等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る、プローブヘッドの
断面とともに示す超音波診断装置の構成図。

【図２】図１中のII−II線に沿った概略断面図。

【図３】プローブヘッドに内蔵した回路のブロック図。

【図４】本実施形態の効果確認のために用いた従来技術
による温度特性の図。

【図５】本実施形態の温度抑制構造に拠る温度特性の
図。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ プローブ ２ｂ プローブヘッド １１ ケーシング １２ モールド樹脂 １３ 振動子部 １３ａ 振動子 １３ｂ 音響レンズ １３ｃ バッキング材 １４、１５ リード線 １６ 回路基板部 ２１ プリント基板 ２５ 絶縁テープ ２６ アルミ箔（熱伝導性シート体） ２７ ヒートパイプ（熱伝導体） ２１２ インピーダンス変換器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体との間で超音波信号を送受信する
   振動子部を備えた超音波診断装置のプローブにおいて、 前記プローブ内部の熱源から発生した熱を当該プローブ
   内部にて集める熱収集手段と、この熱収集手段が集めた
   熱を当該プローブ内部の前記振動子部とは反対側の前記
   熱源から離れた位置に導く熱伝達手段と、を備えたこと
   を特徴とするプローブ。
2. 【請求項２】 前記熱源は、前記振動子部に信号線を介
   して接続され且つ当該プローブ内に配置された回路基板
   である請求項１記載のプローブ。
3. 【請求項３】 前記熱収集手段は、前記熱源の周囲を囲
   むように配置された熱伝導性シート体である請求項１記
   載のプローブ。
4. 【請求項４】 前記熱伝達手段は、前記熱収集手段が集
   めた熱を一端から受けるように当該プローブ内に配置さ
   れた管状の熱伝導体である請求項１記載のプローブ。
5. 【請求項５】 前記熱伝導体はヒートパイプである請求
   項４記載のプローブ。
6. 【請求項６】 前記熱収集手段は前記熱源の周囲を囲む
   ように配置された熱伝導性を有する箔体であり、前記熱
   伝達手段は前記箔体に一端を接触させるように当該プロ
   ーブ内に配置されたヒートパイプである請求項１記載の
   プローブ。
7. 【請求項７】 前記ヒートパイプは当該プローブ内で前
   記回路基板の周りにコイル状に巻いて配置され且つその
   他端は当該プローブ内で前記熱源から離間して放置した
   構造の請求項５又は６記載のプローブ。
8. 【請求項８】 被検体との間で超音波信号を送受信する
   振動子部を備えた超音波診断装置のプローブにおいて、 前記プローブ内部の熱源の近傍に配置された熱収集端を
   有しかつこの熱収集端から集められた熱を当該プローブ
   内部の前記振動子部とは反対側の前記熱源から離れた位
   置に導く熱伝達手段を備えたことを特徴とするプロー
   ブ。
9. 【請求項９】 被検体との間で超音波信号を送受信する
   振動子部を備え、この振動子部は、前記超音波信号を発
   生させる振動子と、この振動子の超音波出射側に配設し
   た音響レンズと、前記振動子の背面側に配設したバッキ
   ング材とを有する、超音波診断装置のプローブにおい
   て、 前記振動子に信号線を介して接続され且つエコー信号受
   信のためのインピーダンス変換器を含む回路を実装した
   複数の回路基板と、前記複数の回路基板の全体の周囲に
   巻き付けた絶縁材と、この絶縁材を巻いた前記複数の回
   路基板の全体を巻いたアルミ箔と、このアルミ箔に一端
   が当接し且つこのアルミ箔を巻いた前記複数の回路基板
   の周りにコイル状に巻き回したヒートパイプとを備え、
   このヒートパイプのもう一端を前記複数の回路基板から
   前記振動子部とは反対側に離間させるように配置し、プ
   ローブ内部全体をモールド樹脂で含浸したことを特徴と
   するプローブ。