WO2006033281A1

WO2006033281A1 - 超音波プローブ

Info

Publication number: WO2006033281A1
Application number: PCT/JP2005/017051
Authority: WO
Inventors: Shinichi Hashimoto
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba; Toshiba Medical Systems Corporation
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2006-03-30
Also published as: EP1707122A4; EP1707122B1; EP1707122A1; CN100477966C; DE602005020738D1; CN1897877A; US20060191344A1; JPWO2006033281A1; US7308828B2

Abstract

　超音波プローブは、プローブ本体（２）と、コネクタ（１）と、プローブ本体（１）とコネクタ（１）とを電気的に接続するためのケーブル（９）とを有する。プローブ本体（２）は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサ（４）と、トランスデューサ（４）の動作期間中に達する特定温度で固体から液体への相変化を起こし、特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材（３０）とを有する。

Description

明細書

超音波プローブ

技術分野

[0001] 本発明は、超音波診断装置に装着される超音波プローブに関する。

背景技術

[0002] 被検体内に超音波を送信し、被検体からの反射波をエコー信号として受信して被検体内の検査を行う超音波診断装置は、医用分野において広く用いられている。超音波診断装置には超音波の送受信を行う超音波プローブが備えられており、その超音波プローブは被検体に当接して使用されるものである。

[0003] 従来技術に係る超音波プローブの構成について説明する。図 11に示すように、プローブ本体 102は、プローブハウジング 103を有する。プローブハウジング 103は、トランスデューサユニット 128、フレキシブルプリント配線基板 108、電磁シールド部材 112を収容する。トランスデューサユニット 128は、トランスデューサ 104、音響整合層 105、音響レンズ 106、バッキング材 107から構成される。トランスデューサ 104は、一次元又は二次元状に配列された複数のトランスデューサ素子からなる。各トランスデューサ素子は、振動子として典型的には圧電素子と、圧電素子の一面に形成された共通電極と、対向面に形成された個別電極とからなる。複数のトランスデューサ素子が有する複数の個別電極は、フレキシブルプリント配線基板 108に印刷された複数の信号線により引き出される。複数の信号線は複数のケーブル線材 111に接続される。束ねられた複数のケーブル線材 111は、プラスチック等の被膜とともに、ケープル 109を構成する。ケーブル 109はクランプ 110を介してプローブハウジング 103から引き出される。プローブ本体 102は、ケーブル 109の端部に設けられたコネクタ 10 1により外部の超音波診断装置に接続される。

[0004] トランスデューサ 104は、超音波 Z電気の変換に際して発熱する。トランスデューサ 104で発生した超音波の一部は、トランスデューサ 104内で吸収される。それにより熱が発生する。また、フレキシブルプリント配線基板 108にはマルチプレクサ等の電子回路が搭載されており、その電子回路において熱が発生する。 [0005] 超音波プローブは被検体表面に当てられる。そのため被検体と接触する音響レンズ 106の表面温度には上限値が設定されている。その一方で、超音波診断装置によつて得られる画像の SZNは、超音波の送信パワーの増加に比例して向上する。従つて音響レンズ 106の表面温度が上限値に達しな、範囲で、超音波の送信パワーを高くすることが、要求される。

[0006] 従来の熱対策には、トランスデューサカも発生する熱を、トランスデューサから離れた位置に伝達する手段を設ける（特開平 9— 140706号公報）、トランスデューサから発生する熱をケーブルに導く手段を設ける（特開平 10— 94540号公報）、 2種類の封止榭脂を設ける (特開平 10— 85219号公報)があった。

[0007] しかしながら、超音波診断装置によって超音波を送受信する駆動方法'条件は 1つに限らず、その時々の診断内容に応じて駆動方法 ·条件を変えて診断を行っている。そのため、実際は、駆動方法 '条件によって超音波プローブ内で発生する熱量も異なっている。

[0008] 一方、超音波プローブの使用条件は最も温度が上昇する駆動方法 ·条件や使用方法を想定し、その条件下でも安全な温度を維持できるように設定する必要がある。そのため、駆動方法 '条件によっては温度上昇が小さぐ安全基準に対して余裕がある場合がある。また、他の駆動方法'条件によっては温度上昇が大きぐ安全基準に近接した状況で超音波診断装置を使用する場合もある。このように、駆動方法'条件によって安全性に大きな差がある。

[0009] また、駆動方法によっては、安全な温度を維持するために超音波プローブの送信音響パワーや回路基板の消費電力を抑制し、得られる画像の質を犠牲にしている場合がある。

[0010] 駆動方法'条件の違いによる超音波プローブの温度上昇の差を考慮に入れつつ温度上昇を抑制する方法として、超音波プローブ内の平均的な比熱を大きくし、温度変化し難い構造にすることが考えられている。一方、超音波プローブの操作性を高めるためには比重が軽いものが好ましい。し力しながら、比熱が大きな材料を使用することは、一般的に比重を大きくし、超音波プローブ全体の重量増加につながるため、超音波プローブを操作する操作者の負担が増してしまう。一般的には比熱が大きいほど比重は重くなる傾向にあるため、両方の性質をともに満足する材料は期待できない発明の開示

[0011] 本発明の目的は、超音波プローブにおいて特定温度を超える温度上昇を効果的に抑制することにある。

[0012] 本発明の第 1局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの動作期間中に達する特定温度で固体から液体への相変化を起こし、前記特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材とを有する超音波プローブが提供される。

[0013] 本発明の第 2局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの特定温度を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤（サーマル ·ノッファリング'エージェント）と、前記トランスデューサと前記熱緩衝剤とを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブが提供される。

本発明の第 3局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの特定温度に達した状態力前記特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤（サーマル'ディレイング 'エージェント）と、前記トランスデューサと前記熱遅延剤とを収容するプローブノヽウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブが提供される。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。 [図 2]図 2は本発明の第 2の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 3]図 3は本発明の第 3の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 4]図 4は本発明の第 3の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 5]図 5は本発明の第 4の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 6]図 6は本発明の第 5の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 7]図 7は本発明の第 5の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 8A]図 8Aは本発明の第 6の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 8B]図 8Bは相変化部材を取り外した状態の図 8Aの超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 9]図 9は本発明の第 7の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[図 10A]図 10Aは本発明の第 8の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す図である。

[図 10B]図 10Bは図 10Aのプローブホルダを示す図である。

[図 10C]図 10Cは図 10Bのファンスイッチを示す図である。

[図 11]図 11は従来技術に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下、本発明の実施形態を説明する。

[0016] [第 1の実施形態]

図 1に示すように、プローブ本体 2は、プローブハウジング 3を有する。プローブハウジング 3は、トランスデューサユニット 28、フレキシブルプリント配線基板 8、電磁シールド部材 2を収容する。プローブハウジング 3の内面には、内部を外乱電磁波から遮蔽するための金属膜、金属網、又は金属製ケースの電磁シールド部材 12が貼り付けられている。トランスデューサユニット 28は、トランスデューサ 4、音響整合層 5、音響レンズ 6、バッキング材 107から構成される。バッキング材 107は、トランスデューサ 4 の背面に装着される。音響整合層 5は、トランスデューサ 4の前面に装着される。音響整合層 5は、超音波の伝播損失を低減させるために設けられている。音響レンズ 6は、音響整合層 5の前面に装着される。音響レンズ 6は超音波を集束させるために設けられている。音響レンズ 6は、プローブノヽウジング 3の先端に形成された開口部に嵌め込まれる。検査時には、音響レンズ 6の表面が被検体の体表面に接触される。

[0017] トランスデューサ 4は、一次元又は二次元状に配列された複数のトランスデューサ素子からなる。各トランスデューサ素子は、典型的には圧電セラミックスの圧電素子と、圧電素子の一面に焼き付け、蒸着、又はめつき処理により形成された共通電極と、対向面に形成された個別電極とからなる。複数のトランスデューサ素子が有する複数の個別電極は、フレキシブルプリント配線基板 8に印刷された複数の信号線により引き出される。複数の信号線は複数のケーブル線材 11に接続される。束ねられた複数のケーブル線材 11は、プラスチック等の被膜とともに、ケーブル 9を構成する。ケープル 9はクランプ 10を介してプローブハウジング 3から引き出される。プローブ本体 2は、ケーブル 9の端部に設けられたコネクタ 1により外部の超音波診断装置に接続される。

[0018] なお、フレキシブルプリント配線基板 8には、電子回路として典型的にはマルチプレクサが搭載されてもよい。マルチプレクサは、複数のトランスデューサ素子に接続される複数の信号線と、複数のケーブル線材 11との間の接続を高速に切り替えるために設けられる。

[0019] トランスデューサ 4の各トランスデューサ素子の電極間には、外部の超音波診断装置のパルサから、コネクタ 1、ケーブル 9および信号線を介して高周波の電圧信号が印加される。トランスデューサ 4の各トランスデューサ素子の圧電素子は高周波の電圧信号により機械的に振動する。それにより超音波が発生する。また、被検体からの反射波は圧電素子を機械的に振動する。それにより各トランスデューサ素子の電極間に電圧が発生する。発生した電圧信号は、信号線、ケーブル 9及びコネクタ 1を介して外部の超音波診断装置に供給される。

[0020] 超音波診断装置は、 Bモード処理系、ドプラモード処理系、カラーモード処理系の少なくとも一を有する。 Bモード処理系は、包絡線検波処理、対数圧縮処理、輝度変調処理等を行うために構成されている。ドプラモード処理系は、直交検波、ドプラ偏位周波数成分の取り出し、フィルタ処理、 FFT処理等を行うために構成されている。カラーモード処理系が、直交検波、フィルタ処理、自己相関演算処理、流速'分散演算処理等を行うために構成されている。 Bモード処理系、ドプラモード処理系又は力ラーモード処理系で発生された画像は、デジタルスキャンコンバータ回路を介してデイスプレイに表示される。

[0021] プローブハウジング 3には、トランスデューサユニット 28、フレキシブルプリント配線基板 8及び電磁シールド部材 2とともに、相変化部材 30が収容される。また、プロ一ブハウジング 3の内部のトランスデューサユニット 28、相変化部材 30、フレキシブルプリント配線基板 8及びケーブル線材 11等を固定し、またフレキシブルプリント配線基板 8の信号線及びケーブル線材 11の絶縁性を確保するために、プローブハウジング 3の内部は、熱伝導性を有するウレタン榭脂等の充填剤 14で充填されている。

[0022] 相変化部材 30は、トランスデューサ 4が動作期間中に達する特定温度で固体から液体に相変化を起こし、特定温度未満で液体から固体に相変化を起こす相変化剤 1 3と、相変化剤 13を収容する膜又は容器 31とからなる。相変化剤 13には、相変化による体積変化を許容するために複数の気泡 32が混入されている。なお、相変化剤 1 3には、ゲル化剤が混合されていても良い。相変化剤 13の相変化を起こす特定温度 (相変化点）は、 30°C〜50°Cの範囲から任意に選択された温度に設定される。実際には、トランスデューサ 4の動作とともにトランスデューサユニット 28の特に音響レンズ 6の温度が上昇し、上限温度として例えば 42°C又はそれより若干低い例えば 40°Cに達した時に、相変化剤 13が達する温度が特定温度湘変化点）として設定されている。上限温度は、多くの場合、 Mモード、 Bモード、カラードプラで用いられる距離分解能を有するパルス波モードの動作期間中には達せず、単位時間あたりの送信パヮ一の比較的高！ヽ連続波ドプラモードの動作期間中に達する。

[0023] 相変化剤 13が特定温度に達したとき、固体力も液体に相変化が起きる。その際、非常に大きなエネルギーを吸収し、周囲の温度上昇を抑える効果を発揮する。この効果は、相変化剤 13が完全に液体に変化する間で継続する。相変化部材 30は、トランスデューサユニット 28、特に音響レンズ 6が上限温度 (例えば 42°C)を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤（サーマル'バッファリング 'エージェント）として機能する。換言すると、相変化部材 30は、トランスデューサユニット 28、特に音響レンズ 6が特定温度 (例えば 42°C)に達した状態から特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤（サーマル'ディレイング 'エージェント）として機能する。それにより例えば連続波ドプラモード下での超音波診断期間を長期化することができる。または、パルス波 Z連続波ドプラモードにおいて、送信パワーを高くして、エコー信号の SN比を向上することができる。

[0024] 相変ィ匕剤 13の相変化点は、 30°C〜50°Cの範囲力も選択的に設定されているので、相変化点未満の温度環境下で、液体から固体に相変化を戻す、つまり冷却効果をチャージすることができる。相変ィ匕剤 13は、保管時はもちろん、検査中であっても非動作時、さらには低い送信パワーで動作している時にも、冷却効果をチャージすることがでさる。

[0025] 次に、相変化剤 13として用いられる相変化材料の具体例について説明する。相変化材料として、例えば、日本ブロア株式会社製の「C32」を用いる。この相変化材料 C 32の物性を以下に説明する。

[0026] 融点： 32°C

比重： 1. 45

潜熱： 54WhZkg

比熱： lWhZkg'K

このときのプローブハウジング 3の比熱を 0. 4[WhZkg'K]とし、比重を 1. 08 [g/ cm³]とする。また、ノッキング材 7の比熱を 0. 7[WhZkg'K]とし、比重を 3[g/cm³ ]とする。封止榭脂材 14については、上述したように、比熱を 0. 53 [WhZkg'K]とし、比重を 0. 029[g/cm³]としている。 [0027] プローブ本体 2のグリップ部（プローブハウジング 3)の体積を 50ccとすると、その内部に充填させる封止榭脂材 14の体積は 20cc〜30ccとなる。 20cc〜30ccのうち、 1 Occを相変化材料 C32に置き換えると、潜熱により約 0. 78Wの熱量を 1時間、吸収することができる。プローブ本体 2の種類は多ぐプローブ本体 2の種類によって発熱量は異なる力仮に 0. 39Wの熱を発するプローブ本体 2に対して lOccの相変化材料 C32を用いると、 2時間以上、プローブ本体 2内の温度を 32°C以下に抑制することが可能となる。

[0028] また、プローブ本体 2内の温度を 48°C以下に抑制するために、例えば、日本ブロア株式会社製の「C48」を用いる。この相変化材料 C48の物性は以下のようになって、る。

[0029] 融点： 48°C

比重： 1. 36

潜熱： 60WhZkg

比熱： lWhZkg'K

本実施形態にぉ、ては日本ブロア株式会社製の相変化材料「C32」及び「C48」を用いたが、相変化材料を変えることによって融点及び潜熱を変えることが可能である。よって、適切な材料を用いることで、プローブ本体 2内の温度を所定時間、 30°C以下や、 30°C〜50°Cに抑制することが可能となる。例えば、融点が 40°Cの相変化材料を用いることによって、プローブ本体 2内の温度を所定時間、 40°C以下に抑制することができる。また、本実施形態においては、潜熱が 54[WhZkg]と 60[WhZkg]の例について説明したが、その間の潜熱を有する相変化材料についてもその潜熱の分だけ熱を吸収するため、プローブ本体 2内部の温度上昇を抑制することが可能となる

[0030] なお、融点が 50°Cより高温の相変化材料を用いても構わな、。熱の伝導はプロ一ブ本体 2の形状や内部の構成に起因するため、プローブ本体 2の設計に併せて、プローブ本体 2の使用温度範囲に対応した相変化材料を用いる。従って、プローブ本体 2の内部部品の配置や形状によっては、融点が 50°Cより高温の相変化材料を用いても、音響レンズ 6の表面温度の上昇を抑制することができる場合もある。 [0031] プローブノヽウジング 3の内部構造を固定し、フレキシブルプリント配線基板 8の信号線やケーブル線材 11を絶縁するための封止榭脂材 14として、例えば、発泡性のウレタン榭脂を用いることで封止榭脂 14の重さを軽くし、そのことによりプローブ本体 2の重さを軽くすることができる。例えば、比熱が 0. 53[WhZkg'K]で、比重が 0. 029 [ gZcm³]で、熱伝導率が 0. 038 [WZ (mK) ]の発泡ポリスチレンを用いる。比重が 0. 029[gZcm³]であるため、プローブ本体 2の重さを比較的に軽くすることが可能となる。

[0032] 以上のように、超音波プローブの内部に相変化部材を設置し、融解時における潜熱を利用することにより、超音波プローブの温度、特に被検体と接触する音響レンズ 6の表面温度の上昇を抑制することが可能となる。相変化部材の相変化点の調整により、温度上昇を抑制する必要のある時点で冷却効果を効果的に発揮することができる。また、従来技術のように比熱が大きい (比重が大きい)材料を設置する必要がな V、ため、超音波プローブの重量を軽減することが可能となる。

[0033] 本実施形態における相変化剤 13は、常温では固体相の状態であり、常温から温度上昇した場合に固体相から液体相に相変化する相変化材料力もなる。「常温」、つまり超音波プローブを使用する環境 (病院の検査室等)の一般的な温度で、相変化剤 13は、液体相から固体層に戻る。液体相から固体層に戻すために、相変ィ匕剤 13を冷蔵庫や冷凍庫に保管する必要がない。本実施形態は、相変化材料力なる相変ィ匕剤 13が常温カゝら温度上昇して、固体相から液体相に融解する際に融解潜熱分の熱量を吸収することを利用したものである。超音波プローブを使用して、るときに内部の温度が上昇しても、相変化剤 13が固体相から液体相に相変化することで、相変ィ匕剤 13が融解潜熱分の熱量を吸収することができる。平均温度上昇の速度は超音波プローブ全体の熱容量に依存するが、超音波プローブの温度上昇 (特に、被検体と接触する音響レンズの表面温度上昇)の速度を遅くすることができる。また、超音波プローブの使用状態により温度が上昇や下降を繰り返す場合、超音波プローブの音響レンズ 6の表面温度の変化を小さくすることが可能となり、音響レンズ 6の表面の最高温度も低く抑えることが可能となる。

[0034] また、相変化剤 13を、榭脂、金属、グラフアイト、又はそれらの複合材料力もなる膜又は容器 31に封入することで、相変化剤 13を超音波プローブ内に構成部材として容易に設置することが可能となる。また、融解した後も相変化剤 13が移動してしまうことを防止することが可能となる。さらに、容器 31を複数個に小分けにすれば、超音波プローブ内が複雑な形状であってもその形状に対応して相変化剤 13を設置することができる。また、容器 31の材料として熱伝導性が良い銅 (Cu)、アルミニウム (A1)等の金属材料を用いることで、相変化材料による熱吸収を効率的に行うことが可能となる。

[0035] [第 2の実施の形態]

本発明の第 2の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 2を参照しつつ説明する。図 2は本発明の第 2の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[0036] 本実施形態においては、図 2に示すように、相変化部材 35は、気泡 32を混入する相変化剤 13と、相変化剤 13を収容する榭脂、金属、グラフアイト又はそれらの複合材料力もなる容器 15とからなる。相変化部材 35は、プローブハウジング 3の外部であつて、トランスデューサユニット 28と離れたケーブル 9付近に着脱自在に設置される。相変化材料には、第 1の実施形態と同様の材料が用いられる。

[0037] 容器 15は、略円筒形状であって、一部が切り欠かれた断面略 C字形の外形を有している。相変化部材 35は、容器 15の切り欠きを通してケーブル 9を内側に納めることができる。相変化部材 35は、ケーブル 9を納めた状態で、軸方向に沿って前方に移動することで、プローブ本体 2の後部に装着することができる。

[0038] プローブ本体 2に対して相変化部材 35を着脱自在に構成したことで、液体相に変化した相変化部材 35を固体液の相変化部材 35に交換することができる。また、相変化点の異なる複数の相変化部材 35から好適な相変化点を有する相変化部材 35を選択して使用することができる。

[0039] 上述したように、プローブ本体 2の発熱源はトランスデューサ 4や音響レンズ 6ゃバッキング材 7であるため、表面温度は音響レンズ 6付近が最も高くなる。また、被検体に接触して使用する場合、生体接触面となる音響レンズ 6付近は、生体の温度によりトランスデューサ 4等の発熱がなくても、ある程度の時間が経過すると体温付近まで上昇することになる。一方、プローブ本体 2の熱抵抗により、音響レンズ 6から離れた部分では温度は下がる。そこで、本実施形態のように、トランスデューサ 4等力離れた位置に相変化剤 13を設置することで、融点が低い保冷剤を用いることできる。

[0040] なお、「熱抵抗」とは、ある物体に熱が加わったときの熱の流れ難さを表す係数であり、単位は KZWや °CZWで表される。

[0041] 式で表すと、熱抵抗 (°CZW) =熱量を加えたときの温度差 (°C) ÷熱源の熱量 (W )となる。この熱抵抗は、すべての状況を含んで表されるものである。従って、プロ一ブ本体 2の構造が変わることによって熱抵抗も変化する。例えば、第 1の実施形態において説明したプローブハウジング 3やバッキング材 7や封止榭脂材 14等の材料を変えると、比熱や熱伝導率が変わるため、プローブ本体 2の熱抵抗が変化する。

[0042] 例えば、音響レンズ 6の表面温度が 40°Cのときに、トランスデューサ 4等からプロ一ブハウジング 3及び容器 15を介して相変化剤 13に伝わる熱に対する熱抵抗を調整して、相変化剤 13が設置されている部分の温度が 32°Cになるようにする。そして、融点が 32°Cの相変化剤 13を用いることで、相変化剤 13の融解とトランスデューサ 4等の発熱とのバランスで音響レンズ 6の表面温度を 40°Cに維持することができる。このように、相変化剤 13をトランスデューサ 4等力も遠ざけることにより、 C32を用いても音響レンズ 6の表面温度を 40°C程度に維持することが可能となる。この実施形態において、音響レンズ 6の表面温度を 40°Cとしたのは、一例を説明するためのものであり、例えば、融点が 32°Cの相変化剤 13を使用し、熱抵抗を調整することで、表面温度を 40°C以外の温度、例えば、 35°C等にすることが可能となる。

[0043] [第 3の実施の形態]

本発明の第 3の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 3及び図 4を参照しつつ説明する。図 3及び図 4は本発明の第 2の実施形態に係る超音波プロ一ブの内部の概略構造を示す断面図である。

[0044] 図 3に示すように、本実施形態のプローブ本体 2の内部には、充填剤 14よりも熱伝導性の高いヒートパイプ (熱伝導部材） 16が設置されている。熱伝導部材 16は略 Y 字形を有する。熱伝導部材 16の一端は、熱源であるトランスデューサ 4に接着されているバッキング材 7に接触又は近接している。熱伝導部材 16はトランスデューサ 4の反対側、つまり、ケーブル 9側に延び、熱伝導部材 16の他端は、複数（図においては 2つ）の熱伝導部材 16に分かれてプローブノヽウジング 3の側面に接触又は近接している。この熱伝導部材 16には熱抵抗が小さい材料 (換言すれば、熱伝導率の高い材料）が求められる。例えば、熱伝導率の高、アルミニウム (A1)、銅 (Cu)等の金属の他、グラフアイト等を用いることが望ましい。なお、プローブ本体 2の重量増加を抑制するためには、アルミニウム (A1)が適して!/、る。

[0045] この熱伝導部材 16は、プローブ本体 2の熱源となるトランスデューサ 4の熱をプロ一ブハウジング 3の表面力も効率的に放熱するためのものである。つまり、この熱伝導部材 16によって熱を熱源力離れた位置に伝達し、放熱する面積を広げている。

[0046] そして、この熱伝導部材 16に接触又は近接するように、相変化材料力もなる相変ィ匕剤 13が封入された容器 15が設置されている。この容器 15は、アルミニウム (A1)や銅 (Cu)等で構成されている。トランスデューサ 4等力も発生した熱は、熱伝導部材 1 6の一端から他端まで伝わり、さらに、他端に接触又は近接して設置されている容器 15に伝わる。伝達された熱により相変化剤 13が特定温度で固体から液体に相変化を起こし、プローブ本体 2内の温度上昇を抑制する。一端力バッキング材 7に接触され、他端が相変化剤 13を収納した容器 15に接触又は近接された、熱伝導率の高い熱伝導部材 16を介してトランスデューサ 4から発生した熱を相変化剤 13に伝達することで、熱伝導の効率が高くなるため、プローブ本体 2の温度上昇に対する相変化材料の熱吸収が効率的に行われる。なお、本実施形態においては、熱伝導部材 16の他端側に相変化部材 36が設置されているが、他端にかかわらず、他の部分に接触又は近接して、ても同様の効果が得られる。

[0047] また、上述した熱伝導部材 16を別途設けなくても同様の効果が得られる。例えば、図 4に示すように、相変化剤 13が収納されている容器 15の一端又は両端を電磁シ一ルド部材 12に接触又は近接させている。トランスデューサ 4から発生した熱は電磁シールド部材 12の先端部分力も電磁シールド部材 12に伝わり、更に電磁シールド部材 12に接触又は近接されている容器 15に伝わり、容器 15に収納されている相変化部材 36に熱が伝導する。この電磁シールド部材 12により、放熱する面積を広げることができ、上述した熱伝導部材 16と同じ効果を奏することが可能となる。電磁シールド部材 12に銅 (Cu)等の熱伝導率が高い材料を用いることにより、発熱源であるトランスデューサ 4等力も相変化部材 36までの熱伝達の効率を高くすることが可能となり、相変化材料の熱吸収が効率的に行われる。

[0048] [第 4の実施の形態]

本発明の第 4の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 5を参照しつつ説明する。図 5は本発明の第 4の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[0049] 図 5に示すように、相変化部材 39は断面 C字形を有している。相変化部材 39は、トランスデューサユニット 28の特にバッキング材 7を取り囲むように設置される。相変化材料が融解したときに流れてしまうのを防ぐために、相変化材料を容器 15に封入し、その容器 15によってトランスデューサ 4等を囲んでいる。この容器 15は、榭脂、金属、グラフアイト、又はそれらの複合材料力もなる。このように、相変化剤 13が収納された容器 15がトランスデューサ 4等に接触又は近接しているため、発熱源であるトランスデューサ 4等力ゝらの熱は容器 15を介して直接、相変化剤 13に伝導される。そのことにより、音響レンズ 6の表面温度の上昇を効率的に抑制することが可能となる。また、相変ィ匕剤 13をトランスデューサ 4等に近づけることにより、プローブ本体 2の重心を音響レンズ 6に近づけることが可能となるため、プローブ本体 2の操作性が向上する。

[0050] [第 5の実施の形態]

本発明の第 5の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 6を参照しつつ説明する。図 6は本発明の第 5の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。図 6に示すように、相変化部材 41は、断面 C字形を有している。相変化部材 41は、トランスデューサユニット 28の特にバッキング材 7を取り囲むように設置される。カプセル 17には相変ィ匕剤 13が封入される。複数のカプセル 17は、容器 42に収容される。容器 42内は熱伝導性の高いモールド材 18で封止される。モ一ルド材 18〖こは、エポキシ榭脂ゃシリコン榭脂等が用いられる。例えば、エポキシ榭脂に伝導フィラーを混入させることで、熱伝導率を 0. 300[WZ (mK) ]とすることができる。上述したように、封止榭脂材 14の熱伝導率が 0. 038 [WZ (mK) ]であるため、封止榭脂材 14を用いるよりも、このモールド材 18を用いた方が熱伝導率を高くすることが可能となる。なお、このモールド材 18の比熱は 0. 3[WhZkg'K]で、比重は 1. 850[g/cm³]となっている。熱源であるトランスデューサ 4等力も発生した熱は、カプセル 17の周りに充填されているモールド材 18に伝導し、更にモールド材 18で封止されているカプセル 17内の相変ィ匕剤 13に伝導される。このように、発熱源であるトランスデューサ 4等の周りに相変化剤 13を配置することで、トランスデューサ 4等力もの熱はモールド材 18を介して直接、相変化剤 13に伝導される。そのことにより、音響レンズ 6の表面温度の上昇を効率的に抑制することが可能となる。

[0051] さらに、相変ィ匕剤 13を複数のカプセル 17に小分けすることで、相変化部材 41を、プローブ本体 2の内空房形状に応じた形状に容易に形成することが可能となる。

[0052] 例えば、第 4の実施形態で説明したプローブ本体 2に用いられてヽる容器 42は、断面 C字形を有し、その凹みにバッキング材 7を嵌め込んでいる。し力しながら、プロ一ブハウジング 3の形状やトランスデューサ 4やバッキング材 7等の形状に併せてその容器 42を作製する必要がある。つまり、トランスデューサ 4等を囲んで接触するような形状の容器 15を作製する必要があるため、トランスデューサ 4やプローブノヽウジング 3等の形状が異なると、同じ容器を使用することができない。例えば、あるトランスデューサ 4やバッキング材 7等の大きさに合わせ、そのトランスデューサ 4やバッキング材 7 等に接触して囲む凹部を有する容器 42を作製した場合、そのバッキング材 7よりも大きいバッキング材にその容器 42を用いようとしても、大きいバッキング材に凹部を嵌め込むことができない。また、より小さいバッキング材にその容器 42を用いようとしても、凹部の側面とバッキング材との間に隙間が生じてしまうため、トランスデューサ 4等力容器 42に効率良く熱を伝導することができない。このように、形状が異なるプロ一ブ本体 2ごとに容器 42を用意する必要があるため、容器 42のコストが上がってしまうため、プローブ本体 2の製造コストが上がってしまう。

[0053] そこで、本実施形態のように、相変ィ匕剤 13をカプセル 17に小分けし、その周りをモ一ルド材 18で封止することで、プローブハウジング 3やトランスデューサ 4ゃバッキング材 7等の形状にかかわらず、相変化剤 13を容易に配置することが可能となる。そのことにより、形状が異なるプローブ本体 2ごとに容器を用意する必要がないため、コストを低減することが可能となる。 [0054] さらに、図 7に示すように、複数種の相変化材料を用いても良い。第 1の相変化剤 1 3aを封入したカプセル 17と、第 1の相変ィ匕剤 13aと相変化点の相違する第 2の相変ィ匕剤 13bを封入したカプセル 17とが、容器 42に収容される。

[0055] 相変化剤 13aの相変化点（融点）は 40°C付近に設定され、相変化剤 13bの相変化点は相変化剤 13aのそれよりも高い 48°C付近に設定されている。相変化点が 40°C 付近の相変化剤 13aは、プローブ本体 2を駆動して被検体の体表に相変化点させている場合に、音響レンズ 6の表面温度の上昇を抑制するために設けられている。相変化点が 48°C付近の相変化剤 13bは、プローブ本体 2が被検体の体表に接触されて V、な、場合に、発生した超音波の殆どが熱に変わってしまった状況下にお、て音響レンズ 6の表面温度の上昇を抑制するために設けられて、る。

[0056] このように、相変化点が異なる 2種類以上の相変化剤を用いることにより、生体に接触した状態での温度上昇や、生体から離れた状態での温度上昇等、状況により温度の上昇率や安全な表面温度が異なる場合であっても、各状況における温度上昇を抑制することが可能となる。また、 3種類以上の相変化材料を用いて、種々の状況に応じた温度上昇の抑制が可能となる。

[0057] [第 6の実施の形態]

本発明の第 6の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 8を参照しつつ説明する。図 8は本発明の第 6の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[0058] 図 8A、図 8Bに示すように、本実施形態においてはプローブハウジング 3の側面には、相変化部材 45を収納するための凹部 19が形成される。相変化剤 13を容器 15 に封入してなる相変化部材 45は、凹部 19に収納されることができる形状を有している。凹部 19は蓋 20で閉められる。

[0059] このような構成にすることで、図 8Bに示すように、相変化部材 45をプローブハウジング 3の凹部 19から取り外すことが可能となり、相変化部材 45を交換することが可能となる。そのことにより、プローブ本体 2を長時間使用し、相変化剤 13の効果が薄れてしまった場合でも、相変化剤 13が固体相にある別の相変化部材 45と交換することが可能となるため、相変化剤 13が固体相になるのを待たなくても弓 Iき続きプローブ本体 2を使用することができ、引き続き温度上昇を抑制することが可能となる。

[0060] [第 7の実施の形態]

本発明の第 7の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図 9を参照しつつ説明する。図 9は本発明の第 7の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。

[0061] 図 9に示すように、プローブハウジング 3の内部には、温度上昇を抑えるのではなく、温度を強制的に低下させるための冷却部 21が設けられている。冷却部 21には典型的にはペルチェ素子が採用される。一端力バッキング材 7に接触してケーブル 9の方向に伸び、他端が 2つに分かれて電磁シールド部材 12に接触して、る熱伝導部材 16が設けられている。ペルチェ素子 21の吸熱側 21aは熱伝導部材 16の他端に接触又は近接している。なお、ペルチェ素子 21が本発明の「第 1の冷却部」に相当する。

[0062] プローブ本体 2の表面温度が上昇した場合、熱は熱伝導部材 16を伝わって熱伝導部材 16の他端に達する。コネクタ 1は熱電対等の温度検知装置により、プローブ本体 2の温度を検知し、コネクタ 1からペルチ素子 21を動作させて熱伝導部材 16 を冷却し、プローブ本体 2の温度を下げる。このとき、ペルチェ素子 21は一時的に熱伝導部材 16の温度を下げても、ペルチェ素子 21自体の消費電力により温度が上昇するため、ある程度の時間が経過すると、プローブ本体 2の表面温度（音響レンズ 6の表面温度)を冷却する能力がなくなってしまう。

[0063] そこで、本実施形態のように、ペルチヱ素子 21の放熱側 21bに相変化材料の相変ィ匕剤 13を設け、ペルチェ素子 21を冷却する。この冷却によってペルチェ素子 21による冷却能力が発揮する時間を長くすることが可能となる。その効果により、プローブ本体 2の表面温度 (音響レンズ 6の表面温度）が下がり、ペルチヱ素子 21の動作が止まれば、相変化材料はゆっくり放熱を行って、再び保冷能力を回復することが可能となる。例えば、一時的にプローブ本体 2の表面温度 (音響レンズ 6の表面温度）が上昇するような場合に、効果的にペルチェ素子 21からなる冷却機構を動作させることが可能となる。

[0064] また、ペルチェ素子の代わりに、例えば、水やアルコール類等を冷媒とする冷媒循環型の冷却機構を設けても良い。

[0065] [第 8の実施の形態]

本発明の第 8の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図 10A、図 10 B、図 IOCを参照しつつ説明する。図 10Aに示すように、コネクタ 1の側面にプローブ本体 2を保持するプローブホルダ 22が設けられている。このプローブホルダ 22は、プローブ本体 2を収納するために設けられており、一部分に切り込みが形成されて上下方向に貫通したホールド部 23を有し、そのホールド部 23にプローブ本体 2を挿入するにより、ホールド部 23にてプローブ本体 2の周囲を抑えて保持する。このプローブホルダ 22が本発明の「収納部材」に相当する。

[0066] 図 10Bにプローブホルダ 22に形成されたホールド部 23の詳細な構造を示す。同図に示すように、ホールド部 23は上下方向に貫通し、一部分に切り込みが形成されている。さらに、ホールド部 23の内側の側面 (切り込みの反対側）に空冷ファン 24が設置されている。プローブ本体 2のプローブハウジング 3がホールド部 23に差し込まれて、内側の側面によってプローブハウジング 3が押さえられることでプローブ本体 2 が保持される。プローブノヽウジング 3がホールド部 23に挿入されるとともに、空冷ファン 24によってプローブ本体 2が冷却される。なお、空冷ファン 24が「第 2の冷却部」に相当する。

[0067] プローブ本体 2を長時間使用してプローブ本体 2全体の温度が上昇した場合、使用を停止してもプローブ本体 2の温度は低下し難い状態になる。本実施形態のように、プローブ本体 2を使用しな!、ときにプローブ本体 2を保持するプローブホルダ 22に、プローブ冷却機構としての空冷ファン 24を設けることで、プローブ本体 2の温度を下げることが可能となるとともに、プローブノヽウジング 3の内部に設置されている相変化材料力もなる相変化剤 13の温度を下げて固体相に戻すことが可能となる。

[0068] また、プローブホルダ 22にプローブ本体 2が挿入されると、自動的に空冷ファン 24 が駆動するようにしても良い。例えば、ホールド部 23の内側の側面に、突出したボタン（図示しない）を設置する。プローブ本体 2がホールド部 23に挿入されると、プロ一ブハウジング 3によってそのボタンが押下される。ボタンが押下されると、図 10Cに示す回路図のように、その押下によって超音波診断装置本体 2の内部に設けられているスィッチ 25が矢印 Aの方向に押され、空冷ファン 24と空冷ファン 24に電力を供給する駆動電源 26とが接続される。この接続によって駆動電源 26から空冷ファン 24に電力が供給され、空冷ファン 24が動作する。また、プローブ本体 2をプローブホルダ 22から抜き取ると、スィッチ 25が矢印 Bの方向に移動して元の位置に戻り、これにより空冷ファン 24への電力供給が遮断されて動作が停止する。

[0069] このように、プローブ本体 2をプローブホルダ 22に挿入して!/、るとき（例えば、プロ一ブ本体 2を使用しないとき）に空冷ファン 24を動作させることで、効率的にプローブ本体 24の温度を下げることができ、相変化材料が溶解している場合には、比較的短い時間で固体相に戻すことが可能となる。

産業上の利用可能性

[0070] 本発明に依ると、超音波プローブにおいて特定温度を超える温度上昇を効果的に抑帘 Uすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、

前記プローブ本体は、

超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、

前記トランスデューサの動作期間中に達する特定温度で固体力液体への相変化を起こし、前記特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材とを有する超音波プローブ。

[2] 前記特定温度は、 30°C〜50°Cの範囲から選択的に設定される請求項 1に記載の超音波プローブ。

[3] 前記相変化部材は、前記トランスデューサが連続波ドプラモードのもとで動作する期間中に前記特定温度に達する請求項 1記載の超音波プローブ。

[4] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサとともに前記相変化部材を収容するプローブノ、ウジングをさらに有する請求項 1に記載の超音波プローブ。

[5] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングをさらに有し、

前記相変化部材は、前記プローブハウジングに対する着脱性を有する請求項 1に記載の超音波プローブ。

[6] 前記トランスデューサは、 2次元状に配列された複数のトランスデューサ素子を有する請求項 1に記載の超音波プローブ。

[7] 前記相変化部材は、相変化点が相違する複数の相変化剤を有する請求項 1記載の超音波プローブ。

[8] 前記相変化部材は、相変化剤と、前記相変化剤を収容する膜又は容器とを有し、前記相変化剤には、前記相変化に伴う体積変化を許容するために複数の気泡が混入されて!ヽる請求項 1記載の超音波プローブ。

[9] 前記相変化部材は、相変化剤と、前記相変化剤を収容する膜又は容器とを有し、前記膜又は容器は、榭脂、金属、グラフアイト、又はそれらの複合材料カゝらなる請求項 1記載の超音波プローブ。

[10] 前記相変化部材は、前記トランスデューサの背面に配置されている請求項 1記載の超音波プローブ。

[11] 前記相変化部材は、前記トランスデューサの背面と側面を取り囲むように配置されて、る請求項 1記載の超音波プローブ。

[12] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングをさらに有し、

前記相変化部材は、前記プローブハウジングの側面に形成された凹部に収納される請求項 1記載の超音波プローブ。

[13] 前記相変化部材は、前記トランスデューサに対してヒートパイプを介して接続される請求項 1記載の超音波プローブ。

[14] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブノ、ウジングの内側面に形成された電磁シールド部材とをさらに有し、前記相変化部材は、前記電磁シールド部材を介して前記トランスデューサに接続される請求項 1記載の超音波プローブ。

[15] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部に充填される充填部材とをさらに有し、

前記相変化部材は、前記充填部材を介して前記トランスデューサに接続される請求項 1記載の超音波プローブ。

[16] 前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部に設置された冷却部とをさらに有し、

前記相変化部材は、前記冷却部の放熱面に接触される請求項 1記載の超音波プローブ ₀

[17] 前記冷却部はペルチェ素子を有する請求項 16記載の超音波プローブ。

[18] 前記冷却部は、冷媒循環型の冷却機構の熱交換部である請求項 16記載の超音波プローブ。

[19] プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、

前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、

前記トランスデューサの特定温度を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤と、前記トランスデューサと前記熱緩衝剤とを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブ。

[20] 前記特定温度は、前記トランスデューサの動作期間中に達する温度に設定されている請求項 19記載の超音波プローブ。

[21] プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、

前記プローブ本体は、

超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、

前記トランスデューサの特定温度に達した状態力前記特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤と、

前記トランスデューサと前記熱遅延剤とを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブ。

[22] 前記特定温度は、前記トランスデューサの動作期間中に達する温度に設定されている請求項 21記載の超音波プローブ。