JP2008206821A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】操作が容易な超音波プローブを提供する。
【解決手段】プローブケース５内に配置された超音波の送受信を行う振動子部６と、振動子部６へ供給する超音波駆動信号の生成及び／又は振動子部６からの超音波受信信号の処理を行なう回路基板８とを備えたプローブ部１と、回路基板８と超音波診断装置本体３０との間で信号の伝送を行うためのケーブル部２と、超音波診断装置本体３０との間で信号の伝送を行うコネクタ部３とを備え、コネクタ部３の冷却部３２で冷却した所定の絶縁抵抗を有する液状の冷媒４を、プローブケース５内に送給し、その送給した冷媒４を振動子部６及び回路基板８に接触させて熱を吸収した後、冷却部３２に排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に用いられる超音波プローブに係り、特に冷却機構を備えた超音波プローブに関する。

被検体内に超音波を送信し、その反射波を利用して被検体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。そして、超音波の送受信を行う超音波プローブは、被検体にその先端を接触させて超音波の送受信を行うプローブ部と、超音波診断装置本体との間で信号の伝送を行うコネクタ部とがケーブル部により接続されている。

そして、プローブ部は、超音波を発生すると共に受信した超音波を電気信号に変換する複数の振動子を有する振動子部が一端部に配置され、他端部でケーブル部に接続される。更に、プローブ部内には、振動子部とリード線を介して振動子部へ供給する超音波駆動信号の生成及び／又は前記振動子部からの超音波受信信号の処理を行なう回路基板が配置される。

この超音波診断装置の動作状態において、プローブ部内では被検体への送信のために発生した超音波の全てが被検体内に送信されるわけではなく、その一部は振動子部で吸収され熱に変換され発熱源となっている。また、回路基板においても振動子部に対する送受信のために電力が消費され発熱源となっている。

一方、鮮明な超音波画像を得るために画質を改善する方法の一つに、送信超音波のパワーを増大させて受信超音波のＳ／Ｎを上げる方法がある。しかしながら、送信超音波のパワーを増大させようとすると振動子部及び回路基板の発熱量が増大し、回路基板では高温における動作が可能なものの、振動子部及び回路基板で発生する熱により被検体に接するプローブ部の一端部が、被検体に対する安全な温度を超えてしまう問題がある。

この問題を解決するために、プローブ部内に振動子部からの熱を伝達するヒートパイプを配置し、コネクタ部に配置したポンプにより、熱伝導構造としたケーブル部を介してプローブ部とコネクタ部の間で冷媒を循環させる冷却機構を備えた超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、回路基板に接触してそこで発生した熱をプローブ部外部へ引き出すための冷却流体を通す管、金属板、ヒートパイプ等の伝熱機構を設け、この伝熱機構によって引き出された熱をケーブル部に逃がすことにより、プローブ部内の温度上昇を抑えることが可能な超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

ところで、最近では二次元的に配列された多数の振動子を有する振動子部を備え、超音波を三次元的に走査できる三次元走査対応の超音波プローブが開発されており、一部実用化も始まっている。このような三次元走査対応の超音波プローブでは、振動子部に一次元に配列した振動子を有する二次元走査対応の超音波プローブに比べて振動子数が増加することから、超音波の送信又は受信又は送受信の回路基板を内蔵する場合には、その回路基板の規模も振動子数の増加に応じて大きくなってきている。
特開平９−２９４７４４号公報 登録実用新案第３０６１２９２号公報

しかしながら、多数の振動子及びこの振動子に対応する大規模の回路基板を内蔵する超音波プローブにおいては、ヒートパイプ等の伝熱機構をプローブ部内部に配置することにより、プローブ部の構造が複雑になると共に大型化して操作性が悪くなる問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、操作が容易な超音波プローブを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の超音波プローブは、プローブケース内に配置された超音波の送受信を行う振動子部と、前記振動子部へ供給する超音波駆動信号の生成及び／又は前記振動子部からの超音波受信信号の処理を行なう回路基板とを備えたプローブ部と、前記回路基板と超音波診断装置本体との間で信号の伝送を行う一端を前記プローブケースに連結したケーブル部と、前記プローブケース内に前記振動子部及び前記回路基板に接触して熱を吸収する所定の電気絶縁抵抗を有する液状の冷媒を送給すると共にこの送給により前記プローブケースから排出される前記冷媒を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プローブ部内に電気絶縁性に優れた液状の冷媒を送給し、その送給した冷媒を発熱源に接触させて熱を吸収させる単純な構造にすることにより、プローブ部の小型化が可能となり、超音波プローブを容易に操作することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、本発明の超音波プローブは、内部に超音波の送受信用の回路基板を設けた場合を実施例として説明する。これに限らず、送信又は受信の回路基板を設けた超音波プローブの場合にも適用することができる。

以下、本発明による超音波プローブの実施例１を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る超音波プローブの構成を示したブロック図である。この超音波プローブ１０は、被検体Ｐに対して超音波の送受信を行うプローブ部１と、超音波診断装置本体３０との間で信号の伝送を行うコネクタ部３と、プローブ部１とコネクタ部３の間で信号の伝送やプローブ部１内の熱を吸収するための冷媒４の移送を行うケーブル部２とを備えている。

冷媒４は、熱的及び化学的に安定で、電気絶縁性及び浸透性に優れた例えばフッ素系の不活性液体であり、プローブ部１、ケーブル部２、及びコネクタ部３に亘って封入され、各部内を循環している。そして、コネクタ部３内で冷却された後、ケーブル部２を介してプローブ部１内に送給され、プローブ部１内の熱を吸収する。熱を吸収した後、ケーブル部２を介してコネクタ部３内に排出される。排出された後、再びコネクタ部３内で冷却される。

次に、図１乃至図３を参照して、プローブ部１の構成を説明する。図２は、プローブ部１の構造を示した図である。また、図３は、図２に示したプローブ部１の断面線７における断面を示した図である。

図２において、プローブ部１は、外部から電気的に絶縁すると共に内部からの冷媒４の漏洩を防ぐプローブケース５と、被検体Ｐに対して超音波の送受信を行う振動子部６と、振動子部６と信号の送受信を行う複数の回路基板８と、ケーブル部２からの冷媒４をプローブケース５内に送給する送給口の位置を定めるための送給部９とを備えている。

プローブケース５は、電気絶縁性に優れたプラスチック材料からなり、プローブ部１の外殻を形成している。そして、一端の開口部で振動子部６を保持し、他端部でケーブル部２を保持している。また、他端面に入口５１及び排出口５２を有し、入口５１で送給部９の一端部を保持し、送給部９からプローブケース５内に送給された冷媒４を排出口５２から排出する。

振動子部６は、この外面を形成している超音波を集束させるための音響レンズと、この音響レンズの内側の面に一側の面が接合された超音波の透過効率を上げるための整合層と、この整合層の他側の面に一側の面が接合された被検体Ｐに対して超音波の送受信を行う複数の圧電振動子と、この圧電振動子の他側の面に一側の面が接合された圧電振動子からの不要な超音波を吸収し振動を抑えるバッキング材とにより構成される。

そして、各圧電振動子の両側の端子が各回路基板８の各圧電振動子に対応した電子回路に接続している。各圧電振動子では、超音波送信時には、回路基板８からの超音波駆動信号を超音波に変換し、その変換した超音波を被検体Ｐに送信する。また超音波受信時には、被検体Ｐから反射した超音波を受信して電気信号に変換し、その変換した超音波受信信号を回路基板８に伝送する。

また、振動子部６の内面を形成しているバッキング材の他側の面が冷媒４と接触しており、超音波の送受信により各圧電振動子で発生した熱を、バッキング材を介して冷媒４に放出する。

なお、振動子部６には、三次元方向へ超音波ビームを電子走査するために圧電振動子を二次元に分割配列した三次元走査対応と、二次元方向へ超音波ビームを電子走査するために圧電振動子を一次元に分割配列した二次元走査対応のものがある。以下では三次元走査対応のものを用いた場合について述べる。

各回路基板８は、ケーブル部２からの信号により送信超音波を発生させるための超音波駆動信号を生成する送信回路、及び振動子部６からの超音波受信信号を処理してケーブル部２に出力する受信回路を備えている。そして、一端部の各端子が振動子部６の各圧電振動子に接続され、他端部の各端子がケーブル部２に接続されている。

また、一端部が振動子部６のバッキング材に接合され、図３に示すように、プローブケース５内の中央付近に配置されている。また、各回路基板８の外面のすべてが冷媒４に接触し、各回路基板８の各回路から発生した熱を冷媒４に放出する。なお、冷媒４には、回路基板８の各電子部品が正常に機能するように所定の電気絶縁抵抗を有する例えばフッ素系の不活性液体を用いる。

なお、回路基板８の送信回路には、様々なパターンがあり、各圧電振動子を駆動し被検体Ｐに対して送信超音波を放射するための駆動パルスを生成するパルサや、超音波の送信において所定の深さに超音波を集束させるための集束用遅延時間と三次元の走査方向に超音波を送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスを前記パルサに供給する送信遅延回路や、被検体Ｐに放射する超音波パルスの繰り返し周期（Ｔｒ）を決定するレートパルス発生器などがある。

また、回路基板８の受信回路にも、様々なパターンがあり、振動子部６からの微小な超音波受信信号を増幅し十分なＳ／Ｎを確保するプリアンプや、所定の深さからの受信超音波を集束して細い受信ビーム幅を得るための集束用遅延時間と、三次元の走査方向に超音波ビームの受信指向性を設定する偏向用遅延時間とをプリアンプの出力に与えるための受信遅延回路や、受信遅延回路からのＮチャンネルの受信信号を加算する加算器などがある。

送給部９は、一部が屈曲した管であり、プローブケース５の内面と回路基板８の間に配置されている。そして、一端部がプローブケース５の入口５１で保持され、他端部が冷媒４の送給口として振動子部６内面の近傍に配置されている。そして、コネクタ部３で冷却され、ケーブル部２を介してプローブケース５の入口５１から流入した冷媒４を、送給部９の送給口から振動子部６に向けて送給する。この送給された冷媒４は、振動子部６の熱を吸収しながら振動子部６の近傍から回路基板８の方向に流動する。更に回路基板８の熱を吸収しながら回路基板８の近傍からプローブケース５の排出口５２に流動する。

このように、プローブケース５内に送給する冷媒４の送給口を振動子部６の近傍に配置し、排出口５２をプローブケース５内の他端面に配置することにより、冷媒４を振動子部６及び回路基板８に向けて流動させ、振動子部６及び回路基板８で発生した熱を吸収させた後、排出口５２からケーブル部２に排出することができる。

次に、図１、図２、及び図４を参照して、ケーブル部２及びコネクタ部３の構成を説明する。
図４は、ケーブル部２の断面を示した図である。このケーブル部２は、プローブ部１とコネクタ部３の間で信号を伝送する複数の信号線２１と、コネクタ部３からの冷却された冷媒４をプローブ部１のプローブケース５内に送給するための送給管２２と、プローブケース５内の熱を吸収した冷媒４をコネクタ部３に排出するための排出管２３と、信号線２１、送給管２２、及び排出管２３を被覆するケーブルシース２４とを備えている。

各信号線２１は、ケーブルシース２４の内側で挿通配置されており、一端がプローブ部１の回路基板８に接続され、他端がコネクタ部３に接続されている。そして、振動子部６の各圧電振動子に対応した超音波を発生させるための信号をコネクタ部３から回路基板８へ伝送する。また、回路基板８からの振動子部６の各圧電振動子に対応した超音波受信信号をコネクタ部３へ伝送する。

送給管２２は、シリコーンゴム、軟質塩化ビニル樹脂などのしなやかな材料で構成され、ケーブルシース２４の内側でプローブケース５内の熱を吸収した冷媒４からの熱の影響を避けるために排出管２３から離間して挿通配置される。また、一端部がプローブケース５の入口５１に接続され、他端部がコネクタ部３に接続されている。

排出管２３は、シリコーンゴム、軟質塩化ビニル樹脂などのしなやかな材料で構成され、ケーブルシース２４内側の近傍に挿通配置されている。また、一端部がプローブケース５の排出口５２に接続され、他端部がコネクタ部３に接続されている。このように、排出管２３をケーブルシース２４の近傍に挿通配置することにより、プローブケース５内で吸収した冷媒４の熱を外部に放出することができる。

コネクタ部３は、ケーブル部２の信号線２１と超音波診断装置本体３０を接続する接続部３１と、ケーブル部２の排出管２３から排出された冷媒４を冷却する冷却部３２とを備えている。

接続部３１は、一端部がケーブル部２の各信号線２１に接続され、他端部が超音波診断装置本体３０に着脱自在に接続されている。そして、超音波診断装置本体３０からの超音波を発生させるための信号を各信号線２１へ伝送すると共に、各信号線２１からの超音波受信信号を超音波診断装置本体３０へ伝送する。

冷却部３２は、冷媒４を冷却する冷却器３３と、プローブ部１のプローブケース５、ケーブル部２の送給管２２及び排出管２３、及び冷却器３３を循環させるためのポンプ３４とを備えている。

冷却器３３は、ファンやラジエーターなどを備え、一端部が排出管２３に接続され、他端部がポンプ３４に接続されている。ポンプ３４は、一端部が冷却器３３に接続され、他端部が送給管２２に接続されている。そして、ポンプ３４の循環動作により、排出管２３から排出された冷媒４を、冷却器３３で冷却した後、送給管２２に送給する。

以上述べた本発明の実施例１によれば、コネクタ部３で冷却した電気絶縁性に優れた液状の冷媒４をプローブケース５内に送給し、その送給された冷媒４を振動子部６内面及び回路基板８の外面に接触させて熱を吸収させた後、コネクタ部３に排出させることにより、冷却が可能なプローブケース５内の構造を単純にすることができる。これにより、プローブ部１の小型化が可能となり、プローブ部１を容易に操作することができる。

また、排出管２３をケーブルシース２４近傍に挿通配置することにより、プローブケース５内で吸収した冷媒４の熱をケーブル部２から外部に放出することができ、冷却器３３の小型化が可能となる。これにより、コネクタ部３を小型化することができる。

以下に、本発明による超音波プローブのプローブ部の実施例２を、図１、図５、及び図６を参照して説明する。図５は、実施例２に係るプローブ部１ａの構造を示した図である。また、図６は、図５に示したプローブ部１ａの断面線７ａにおける断面を示した図である。

図５に示した実施例２が図２における実施例１と異なる点は、冷媒４の送給口をプローブケース５の内周全体に亘って設けた点である。なお、実施例２に係るプローブ部１ａのプローブケース、振動子部、及び回路基板は、図２と同様であるので同じ符号を付与し説明を省略する。

このプローブ部１ａは、外部から電気的に絶縁すると共に内部からの冷媒４の漏洩を防ぐプローブケース５と、被検体Ｐに対して超音波の送受信を行う振動子部６と、振動子部６と信号の送受信を行う複数の回路基板８と、ケーブル部２からの冷媒４をプローブケース５内に送給する送給口の位置を定めるための送給部９ａとを備えている。

送給部９ａは、プローブケース５の入口５１から流入した冷媒４の送給口の位置を定めるための隔壁を形成している。この隔壁は、断面が図６の破線９ａ１で示した管状の第１隔壁９ａ２、及び一端面が第１隔壁９ａ２の一端部の外面全体に亘って接合する第２隔壁９ａ３により構成される。

第１隔壁９ａ２の他端面は、プローブケース５の排出口５２を内側とし、入口５１を外側とする破線９ａ１に沿ってプローブケース５内の他端面に接合している。第２隔壁９ａ３は、プローブケース５内の他端面における破線９ａ１の外側に位置する面から、プローブケース５内の他端部と振動子部６近傍の間の内周面に亘る面に対して、内方に離間して配置されている。その他端部とプローブケース５内の振動子部６近傍の内周面とにより冷媒４の送給口が形成される。

そして、コネクタ部３で冷却され、ケーブル部２を介してプローブケース５内に流入した冷媒４を、送給部９ａの送給口から振動子部６の縁辺に向けて送給し、送給された冷媒４は振動子部６の熱を吸収しながら振動子部６の近傍から回路基板８の方向に流動する。更に回路基板８の熱を吸収しながら回路基板８の近傍からプローブケース５の排出口５２に流動する。

このように、冷媒４の送給口をプローブケース５内の内周面の振動子部６近傍に配置し、排出口５２をプローブケース５内の他端面に配置することにより、冷媒４を振動子部６及び回路基板８に向けて流動させ、振動子部６及び回路基板８で発生した熱を冷媒４に吸収させた後、ケーブル部２に排出することができる。

以上述べた本発明の実施例２によれば、コネクタ部３で冷却した電気絶縁性に優れた液状の冷媒４をプローブケース５内に送給し、その送給された冷媒４を振動子部６内面及び回路基板８の外面に接触させて熱を吸収させた後、コネクタ部３に排出させることにより、冷却が可能なプローブケース５内の構造を単純にすることができる。これにより、プローブ部１ａの小型化が可能となり、プローブ部１ａを容易に操作することができる。

以下に、本発明による超音波プローブのプローブ部及びケーブル部の実施例３を、図１、図７、及び図８を参照して説明する。図７は、実施例３に係るプローブ部１ｂ及びケーブル部２ｂの構造を示した図である。また、図８は、図７に示したケーブル部２ｂの断面を示した図である。

図７に示した実施例３が図２における実施例１と異なる点は、プローブケースに複数の排出口を設けた点と、この排水口に対応する排出管をケーブルシース内部に設けた点である。なお、実施例３に係るプローブ部１ｂの振動子部、回路基板、及び送給部と、ケーブル部２ｂの信号線及び送給管は、図２と同じであるので同じ符号を付与し説明を省略する。

このプローブ部１ｂは、外部から電気的に絶縁すると共に内部からの冷媒４の漏洩を防ぐプローブケース５ｂと、被検体Ｐに対して超音波の送受信を行う振動子部６と、振動子部６と信号の送受信を行う複数の回路基板８と、プローブケース５ｂ内に配置された送給部９とを備えている。

プローブケース５ｂは、電気絶縁性に優れたプラスチック材料からなり、プローブ部１ｂの外殻を形成している。そして、一端の開口部で振動子部６を保持し、他端部でケーブル部２ｂを保持している。また、他端面に入口５１及びこの入口５１の外周に形成された複数の排出口５２ｂを有し、入口５１で送給部９を保持し、送給部９からプローブケース５ｂ内に送給される冷媒４を排出口５２ｂから排出する。

ケーブル部２ｂは、プローブ部１ｂとコネクタ部３との間で信号を伝送する複数の信号線２１と、コネクタ部３で冷却された冷媒４をプローブ部１ｂのプローブケース５ｂ内に送給するための送給管２２と、プローブケース５ｂ内の熱を吸収した冷媒４をコネクタ部３に排出するための複数の排出管２３ｂと、信号線２１及び送給管２２を被覆するケーブルシース２４ｂとを備えている。

各排出管２３ｂは、図８に示したケーブルシース２４ｂ内部のほぼ等間隔の位置に形成された孔に挿通配置されている。そして、一端部がプローブケース５ｂの各排出口５２ｂに接続され、他端部が各排出管２３ｂ間を連通する連結管を介してコネクタ部３の冷却部３２に接続されている。このように、排出管２３ｂをケーブルシース２４ｂ内部に配置することにより、プローブケース５ｂ内で吸収した冷媒４の熱を外部に放出することができる。

以上述べた本発明の実施例３によれば、コネクタ部３で冷却した電気絶縁性に優れた液状の冷媒４をプローブケース５ｂ内に送給し、その送給された冷媒４を振動子部６内面及び回路基板８の外面に接触させて熱を吸収させた後、コネクタ部３に排出させることにより、冷却が可能なプローブケース５ｂ内の構造を単純にすることができる。これにより、プローブ部１ｂの小型化が可能となり、プローブ部１ｂを容易に操作することができる。

また、排出管２３ｂをケーブルシース２４ｂ内部に挿通配置することにより、プローブケース５ｂ内で吸収した冷媒４の熱をケーブル部２ｂから外部への放出がすることができ、冷却器３３を小型化することができる。これにより、コネクタ部３を小型化することができる。

本発明の実施例１に係る超音波プローブの構成を示す図。 本発明の実施例１に係るプローブ部の構造を示す図。 本発明の実施例１に係るプローブ部の断面を示す図。 本発明の実施例１に係るケーブル部の断面を示す図。 本発明の実施例２に係るプローブ部の構造を示す図。 本発明の実施例２に係るプローブ部の断面を示す図。 本発明の実施例３に係るプローブ部及びケーブル部の構造を示す図。 本発明の実施例３に係るケーブル部の断面を示す図。

符号の説明

Ｐ 被検体
１，１ａ，１ｂ プローブ部
２，２ｂ ケーブル部
３ コネクタ部
４ 冷媒
５，５ｂ プローブケース
６ 振動子部
７，７ａ 断面線
８ 回路基板
９，９ａ 送給部
１０ 超音波プローブ
２１ 信号線
２２ 送給管
２３，２３ｂ 排出管
２４，２４ｂ ケーブルシース
３０ 超音波診断装置本体
３２ 冷却部
３３ 冷却器
３４ ポンプ
５１ 入口
５２，５２ｂ 排出口

Claims (8)

1. プローブケース内に配置された超音波の送受信を行う振動子部と、前記振動子部へ供給する超音波駆動信号の生成及び／又は前記振動子部からの超音波受信信号の処理を行なう回路基板とを備えたプローブ部と、
   前記回路基板と超音波診断装置本体との間で信号の伝送を行う一端を前記プローブケースに連結したケーブル部と、
   前記プローブケース内に前記振動子部及び前記回路基板に接触して熱を吸収する所定の電気絶縁抵抗を有する液状の冷媒を送給すると共にこの送給により前記プローブケースから排出される前記冷媒を冷却する冷却手段とを
   備えたことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記プローブケース内に前記冷媒が送給される送給口は、前記プローブケース内の一端部に配置された前記振動子近傍に配置され、前記プローブケース内から前記冷媒が排出される排出口は、前記プローブケースの他端部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記送給口は、前記プローブケース内周全体に亘って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記ケーブル部は、前記回路基板と超音波診断装置本体との間で信号の伝送を行うための信号線と、前記冷却手段からの前記冷媒を前記プローブケース内へ移送するための送給管と、前記回路基板の熱を吸収した前記冷媒を前記冷却手段へ移送するための排出管と、前記信号線、前記送給管、及び前記排出管を被覆するケーブルシースとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 前記排出管は、前記送給管から離間して前記ケーブルシース近傍に挿通配置されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記排出管は、前記ケーブルシース内部に形成された孔に挿通配置されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
7. 前記ケーブル部は、コネクタ部を介して前記超音波診断装置本体に接続され、前記冷却手段が前記コネクタ部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
8. 前記冷媒はフッ素系の不活性液体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。

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