JP2024029484A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブにおいて、熱的異方性を有するバッキングの温度を適正に測定することにある。【解決手段】電子回路３７の後側に、主バッキング２２が設けられている。主バッキング２２は、Ｙ方向に直交する２つの外面（高熱伝導面）２２ａ，２２ｂ、及び、Ｘ方向に直交する２つの外面（低熱伝導面）を有する。２つの外面２２ａ，２２ｂが熱吸収部材であるシェルヘッド１４に接合されている。外面２２ｂ上に温度センサ２００が設けられている。シェルヘッド１４は、温度センサ２００を収容する凹部を有する。【選択図】図４

Description

本開示は超音波プローブに関し、特に、超音波プローブ内の熱伝導構造に関する。

超音波検査においては超音波診断装置が用いられる。超音波診断装置は、超音波の送信及び受信を行う超音波プローブを有する。近年、二次元振動素子アレイを備えた超音波プローブが普及しつつある。そのような超音波プローブは、三次元プローブ又は２Ｄアレイプローブとも呼ばれる。２Ｄアレイプローブによれば、超音波ビームの二次元走査によりボリュームデータを取得でき、あるいは、二次元電子フォーカスが適用された超音波ビームの一次元走査によりフレームデータを取得できる。

超音波プローブ内には、振動素子アレイを含む振動子アセンブリが設けられている。振動子アセンブリは、一般に、振動素子アレイの前側（生体側）に設けられた整合層、及び、振動素子アレイの後側（非生体側）に設けられたバッキング、を有する。バッキングは、振動素子アレイからその後側に放出された不要な超音波を減衰させるものである。

上記の２Ｄアレイプローブにおいては、一般に、振動子アセンブリが二次元振動素子アレイ及び電子回路を有する。電子回路において、複数の振動素子に供給する複数の送信信号が生成され、また、複数の振動素子から出力された複数の受信信号が処理される。電子回路は、通常、１又は複数の集積回路（具体的には１又は複数のＡＳＩＣ）により構成される。

２Ｄアレイプローブにおいては、二次元振動素子アレイ及び電子回路において多くの熱が生じる。特に、電子回路での発熱量は大きい。生体安全性の観点から、超音波プローブにおける送受波面の温度を規定温度以下に維持する必要がある。電子回路等で生じる熱を効果的に外界へ逃がすために、超音波プローブ内に熱伝導構造が設けられる。

特許文献１に開示された超音波プローブは、垂直方向に積層された、振動素子アレイ、ＡＳＩＣ及びバッキングを有する。特許文献１には、バッキングが有する熱的異方性を利用した熱伝導構造は開示されていない。特許文献２に開示された超音波プローブは、リードアレイが埋設されたバッキングを有する。バッキングの後側に電子回路が設けられている。特許文献２には、電子回路の後側に設けられたバッキングは開示されていない。

特許第５９７２２９６号明細書 特開２０１７－７０４４９号公報

本開示の目的は、超音波プローブにおいて、熱的異方性を有するバッキングの温度を適正に測定することにある。

本開示に係る超音波プローブは、振動素子アレイと、前記振動素子アレイの後側に設けられ、前記振動素子アレイに対して電気的に接続された電子回路と、前記電子回路の後側に設けられ、前記振動素子アレイからの超音波を減衰させるバッキングと、を含み、前記振動素子アレイ、前記電子回路及び前記バッキングの配列方向をＺ方向と定義し、前記Ｚ方向に直交する方向をＸ方向と定義し、前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と定義した場合において、前記バッキングにおいて、Ｚ方向熱伝導率及びＹ方向熱伝導率は、いずれも、Ｘ方向熱伝導率よりも大きく、前記バッキングは、前記Ｙ方向に交差する２つの外面を有し、前記Ｙ方向に交差する２つの外面の少なくとも一方に温度センサが配置されている、ことを特徴とする。

本開示によれば、超音波プローブにおいて、熱的異方性を有するバッキングの温度を適正に測定できる。

実施形態に係る超音波プローブの構造を示す断面図である。 振動子アセンブリを示す分解斜視図である。 積層体を示す断面図である。 実施形態に係る超音波プローブの先端部を示すＹＺ断面図である。 実施形態に係る超音波プローブの先端部のＸＹ断面を示す模式図である。 シェルを示す斜視図である。 実施形態に係る超音波プローブを示すＸＺ断面図である。 温度センサの配置を示すＸＺ断面図である。 第１変形例を示す図である。 第２変形例を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波プローブは、振動素子アレイと、前記振動素子アレイの後側に設けられ、前記振動素子アレイに対して電気的に接続された電子回路と、前記電子回路の後側に設けられ、前記振動素子アレイからの超音波を減衰させるバッキングと、を含み、前記振動素子アレイ、前記電子回路及び前記バッキングの配列方向をＺ方向と定義し、前記Ｚ方向に直交する方向をＸ方向と定義し、前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と定義した場合において、前記バッキングにおいて、Ｚ方向熱伝導率及びＹ方向熱伝導率は、いずれも、Ｘ方向熱伝導率よりも大きく、前記バッキングは、前記Ｙ方向に交差する２つの外面を有し、前記Ｙ方向に交差する２つの外面の少なくとも一方に温度センサが配置されている、ことを特徴とする。

上記構成において、バッキングにおけるＹ方向に交差する２つの外面は、いずれも、沿相対的に見て高熱伝導面であり、熱出力面である。一方、バッキングにおけるＸ方向に交差する２つの外面は、いずれも、相対的に見て低熱伝導面である。上記構成によれば、温度センサによって、熱出力面の温度を検出できる。

実施形態に係る超音波プローブは、Ｙ方向に直交する２つの外面に接合された２つの内面を有する吸熱部材を含む。温度センサは、吸熱部材から隔てられている。この構成によれば、吸熱部材から温度センサが隔てられているので、バッキングの温度（バッキングと吸熱部材の界面の温度）を正しく測定できる。すなわち、吸熱部材内での温度勾配の影響が温度センサに及び難くなる。

実施形態において、吸熱部材は、温度センサを収容する収容空間を有する。温度センサは、収容空間の内面から隔てられている。収容空間の内面と温度センサの外面との間には空気層が存在する。空気層が熱絶縁層として機能する。バッキングに対する加工（特に凹部形成）が難しい場合、吸熱部材に凹部が形成される。その凹部の内部が上記の収容空間として機能する。バッキングにおける特定の外面の内で凹部内に露出した部分に、吸熱部材に対して非接触の状態で、温度センサが設けられる。

実施形態において、温度センサが配置された外面は、電子回路に近い上端部と、電子回路から遠い下端部と、を有する。温度センサは下端部に配置されている。バッキングは、高いＺ方向熱伝導率を有するので、外面の下端部に温度センサを配置しても、バッキングの温度を正しく測定できる。そのような配置によれば、温度センサから出る信号線の長さを短くできる。

実施形態において、上記のバッキングは主バッキングである。電子回路と主バッキングとの間に副バッキングが設けられる。副バッキングにおいて、Ｚ方向熱伝導率及びＸ方向熱伝導率は、いずれも、Ｙ方向熱伝導率よりも大きい。副バッキング内でＸ方向に拡散した熱が主バッキングを介して吸熱部材へ伝わる。温度センサは、主バッキングと吸熱部材の間の界面の温度を検出する。主バッキングが高いＹ方向熱伝導率を有する場合、温度センサが設けられている特定の外面は、主バッキングと吸熱部材の間の界面とみなせる。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波プローブ１０が示されている。超音波プローブ１０は、図示されていない超音波診断装置本体に接続される。超音波プローブ１０及び超音波診断装置本体により、超音波診断装置が構成される。超音波診断装置は、被検者（生体）の超音波検査において使用される医用装置である。超音波プローブ１０は、図示されていないケーブル及びコネクタを有する。

図１において、Ｘ方向は第１水平方向であり、Ｙ方向は第２水平方向であり、Ｚ方向は垂直方向である。３つの方向は直交関係を有する。超音波プローブ１０の中心軸はＺ方向に平行である。Ｘ方向は第１電子走査方向であり、Ｙ方向は第２電子走査方向である。

図１においては、超音波プローブ１０のＸＺ断面が示されている。但し、超音波プローブ１０における一部の構成の図示が省略されている。超音波プローブ１０は、先端部１０Ａ、中間部１０Ｂ及び後端部１０Ｃにより構成される。先端部１０Ａは肥大した部分であり、中間部１０Ｂはくびれを有する部分である。

樹脂ケース１１の内部にシェル１２が設けられている。シェル１２は、熱吸収部材である。シェル１２は、例えば、良好な熱伝導性を有する金属、具体的にはアルミニウム等により構成される。シェル１２は、シェルヘッド（先端部）１４、中間部１５、及び、後端部１６により構成される。シェル１２は中空部材である。シェル１２は、四角柱状の空洞（内部空間）を取り囲む形態を有している。Ｚ方向の各位置において、空洞のＸＹ断面は矩形である。シェル１２の外面と樹脂ケース１１の内面は密着している。

シェルヘッド１４の内部には、振動子アセンブリ１７が配置される。振動子アセンブリ１７は、二次元振動素子アレイの他、不要な超音波を減衰させるバッキング部材（バッキングセット）２０を有する。図示された構成例において、バッキング部材２０は、副バッキング（第１バッキング）２１及び主バッキング（第２バッキング）２２により構成される。副バッキング２１及び主バッキング２２は、いずれも、熱的異方性を有するバッキングにより構成される。副バッキング２１は、第１の熱的異方性を有する。主バッキング２２は、第１の熱的異方性とは異なる第２の熱的異方性を有する。これについては後に詳述する。振動子アセンブリ１７における積層方向はＺ方向である。

振動子アセンブリ１７は、二次元振動素子アレイを含む積層体、及び、複数のＩＣにより構成される電子回路を有する。振動子アセンブリ１７の上面は保護層１８により覆われている。保護層１８の表面は、被検者の表面に当接される送受波面である。

積層体と電子回路の間にＦＰＣ（フレキシブル回路又はフレキシブル回路基板）２４が設けられている。ＦＰＣ２４は柔軟性を有するシート状の配線部材である。実施形態において、ＦＰＣ２４は、複数の配線層を有する多層ＦＰＣである。その厚みは、例えば、０．１～０．５ｍｍの範囲内にある。そのＹ方向の幅は、例えば、１０～２０ｍｍの範囲内にある。

ＦＰＣ２４は、水平部分２６、第１垂れ下がり部分２８、及び、第２垂れ下がり部分３０を有する。第１垂れ下がり部分２８及び第２垂れ下がり部分３０には、それぞれ、複数のコネクタ３２及び補強板３４が設けられている。第１垂れ下がり部分２８の上端部は、第１垂直部分である。第２垂れ下がり部分３０の上端部は、第２垂直部分である。

図２には、振動子アセンブリ１７の構成が示されている。振動子アセンブリ１７は、既に説明したように、二次元振動素子アレイを含む積層体３６を有する。積層体３６の後側（非生体側）に電子回路３７が設けられている。電子回路３７は、例えば、Ｘ方向に並ぶ２つのＩＣ３８，４０により構成される。各ＩＣ３８，４０は、二次元振動素子アレイに対して複数の送信信号を生成する機能、及び、二次元振動素子アレイからの複数の受信信号を処理する機能、を有する。後者の機能には、サブビームフォーミング機能が含まれる。電子回路３７がＸ方向及びＹ方向に配列された、より多くのＩＣにより構成されてもよい。

二次元振動素子アレイは、第１電子走査方向（Ｘ方向）及び第２電子走査方向（Ｙ方向）に並ぶ複数の振動素子（transducers）により構成される。例えば、二次元振動素子アレイは、数十個、数百個、数千個、数万個又はそれ以上の個数の振動素子により構成される。なお、二次元振動素子アレイに代えて一次元振動素子アレイが設けられてもよい。一次元振動素子アレイはＸ方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。

積層体３６と電子回路３７との間に、ＦＰＣ２４における水平部分２６が挟み込まれる。水平部分２６は、信号接続機能、配線パターン変換機能、等を発揮する。水平部分２６の一方端部は、第１屈曲部分２４ａを介して、第１垂れ下がり部分２８に連なっている。水平部分２６の他方端部は、第２屈曲部分２４ｂを介して、第２垂れ下がり部分３０に連なっている。水平部分２６の中心軸はＸ方向に平行である。換言すれば、第１垂れ下がり部分２８、水平部分２６及び第２垂れ下がり部分の並び方向は、Ｘ方向である。

副バッキング２１は、板状の形態を有する。副バッキング２１は、二次元振動素子アレイから後方へ放射された不要な超音波を減衰させる作用を発揮するものである。副バッキング２１は、第１の熱的異方性を有する。具体的には、副バッキング２１において、Ｚ方向熱伝導率及びＸ方向熱伝導率は、それぞれ、Ｙ方向熱伝導率よりも大きい。

副バッキング２１は、Ｚ方向への熱伝導作用を発揮する。また、副バッキング２１は、符号４２が示すように、Ｘ方向へ熱を拡散させる作用を発揮する。副バッキング２１の上面が電子回路３７へ接合されており、副バッキング２１の下面が主バッキング２２の上面に接合されている。

主バッキング２２は、直方体の形態を有する。主バッキング２２は、副バッキングを介して進入してくる不要な超音波を減衰させる作用を発揮するものである。主バッキング２２は、上記の第１の熱的異方性とは異なる、第２の熱的異方性を有する。具体的には、主バッキング２２において、Ｚ方向熱伝導率及びＹ方向熱伝導率は、それぞれ、Ｘ方向熱伝導率よりも大きい。

主バッキング２２は、Ｚ方向への熱伝導機能を発揮すると共に、符号４４が示すように、Ｙ方向への熱伝導機能を発揮する。主バッキング２２が有する、Ｙ方向に直交する２つの外面（２つの側面）からシェルヘッドへ熱が伝わる。より詳しくは、電子回路３７（及び二次元振動素子アレイ）で生じた熱が、副バッキング２１及び主バッキング２２を経由して、シェルに伝わり、その熱がシェルにより吸収される。なお、本願明細書において、直交は交差の一態様である。

副バッキング２１が有する第１の熱的異方性は、低熱伝導方向であるＹ方向によって特徴付けられる。主バッキング２２が有する第２の熱的異方性は、低熱伝導方向であるＸ方向によって特徴付けられる。２つの低熱伝導方向は互いに直交している。

副バッキング２１の厚みは、主バッキングの厚みよりも小さい。副バッキング２１の厚みは、例えば、１～５ｍｍの範囲内にある。主バッキングの厚みは、例えば、１０～１５ｍｍの範囲内にある。

図示の構成例において、副バッキング２１のＹ方向の幅と主バッキング２２のＹ方向の幅は等しい。それらの幅は、例えば、１０～２０ｍｍの範囲内にある。副バッキング２１のＸ方向の幅は、主バッキング２２のＸ方向の幅よりも大きい。具体的には、Ｘ方向の両側において、副バッキング２１が、ｄ１，ｄ２に相当する長さ分だけ、はみ出している。各はみ出し部分の直下にスリット状の空間が生じている。副バッキング２１のＸ方向の幅は、例えば、３０～４５ｍｍの範囲内にある。

副バッキング２１及び主バッキング２２は、それぞれ、複数のグラフェンを含むグラファイトブロックにより構成され得る。グラファイトブロックにおいて、各グラフェンは、面状（ｉ方向及びｊ方向）に並ぶ多数の炭素原子からなるシート状の物質である。グラファイトブロックにおいて、複数のグラフェンの並び方向はｋ方向である。ここで、ｉ方向、ｊ方向及びｋ方向は直交関係を有する。複数の面状グラファイト集合体を含むカーボンブロック（例えば、ＷＯ２０１８／０７４４９３号を参照）をバッキングとして使用してもよい。

上記のグラファイトブロックは、良好な超音波減衰特性及び良好な熱伝導特性を有する。例えば、上記のｉ方向及びｊ方向の熱伝導率は、７００～１０００（Ｗ／ｍ／Ｋ）の範囲内にあり、上記のｋ方向の熱伝導率は、１０～２０（Ｗ／ｍ／Ｋ）の範囲内にある。グラファイトブロック内に、音響インピーダンスや超音波減衰を調整するための材料を添加してもよい。ｉ方向及びｊ方向の熱伝導率が１０００（Ｗ／ｍ／Ｋ）を超えるものや、ｉ方向及びｊ方向の熱伝導率が７００（Ｗ／ｍ／Ｋ）を下回るものを利用してもよい。

例えば、電子回路３７において、ＩＣ３８のみが多量の熱を放出した場合、実施形態によれば、その熱が副バッキング２１を伝わる過程において、その熱がＸ方向に自然に拡散する。これにより、ＩＣ３８の直下に熱が滞留してしまうことを回避できる。副バッキング２１内で拡散した熱が主バッキング２２内に進入する。進入した熱は主バッキング２２内においてＹ方向に導かれる。導かれた熱が２つの熱出力面を通じてシェル側へ移動する。シェルに入った熱はシェルの全体に行きわたる。シェルの外面を通じて、熱が樹脂ケースに伝わり、樹脂ケースの外面全体から外界へ熱が放出される。シェルからプローブケーブルへも熱が伝わり、プローブケーブルを通じて熱が外界へ放出される。

副バッキング２１及び主バッキング２２は、特定方向を除いて、極めて高い熱伝導作用を発揮する。よって、超音波プローブ内に設けられた上記の熱伝導メカニズムにより、電子回路３７及び二次元振動素子アレイで生じた熱を効率的に外界へ逃がして、生体に接する送受波面の温度を効果的に下げることが可能である。

図３には、積層体３６が示されている。積層体３６は、Ｚ方向に積層された反射層５２、圧電層５０、第１整合層５４、第２整合層５６、グラウンド層６０、及び、第３整合層６２、により構成される。

圧電層５０は、二次元配列された複数の圧電素子により構成される。各圧電素子は、電気音響変換素子である。反射層５２は、二次元配列された複数の反射素子により構成される。各反射素子は導電性を有する。反射層５２は、ハードバッキング層とも言い得る。第１整合層５４は、二次元配列された複数の第１整合素子により構成される。各第１整合素子は導電性を有する。第２整合層５６は、二次元配列された複数の第２整合素子により構成される。各第２整合素子は導電性を有する。第２整合層５６の上側にグラウンド層６０が設けられている。グラウンド層６０の上側に第３整合層６２が設けられている。第３整合層６２の上側に図示されていない保護層が設けられる。反射層５２の下側にＦＰＣ２４が設けられる。符号６４は、１つの振動素子、又は、１つの振動素子を含む部分を示している。

図４には、実施形態に係る超音波プローブの先端部のＸＺ断面が示されている。シェルヘッド１４内に振動子アセンブリ１７が配置されている。振動子アセンブリ１７には、Ｚ方向に並ぶ、積層体３６、電子回路３７、副バッキング２１、及び、主バッキング２２が含まれる。配線部材であるＦＰＣ２４は、水平部分２６、第１垂れ下がり部分２８、及び、第２垂れ下がり部分３０からなる。水平部分２６が積層体３６と電子回路３７の間に挟み込まれている。図示の構成例では、電子回路３７は、Ｘ方向に並ぶ２つのＩＣ３８，４０からなる。

副バッキング２１は、Ｙ方向（紙面貫通方向）に直交する２つの外面（２つの側面）、及び、Ｘ方向に直交する２つの外面（２つの側面）、を有する。それら４つの側面は、それぞれ、熱伝導作用を発揮しない露出面である。ＦＰＣ２４における第１屈曲部分２４ａが副バッキング２１におけるＸ方向の一方端部を回り込んでいる。ＦＰＣ２４における第２屈曲部分２４ｂが副バッキング２１におけるＸ方向の他方端部を回り込んでいる。

副バッキング２１におけるグラフェン並び方向はＹ方向である。副バッキング２１におけるＸ方向の一方端部及び他方端部は、Ｘ方向には変形し難い。よって、一方端部に対して第１屈曲部分２４ａから力（せん断力）が及んでも、一方端部は容易には変形しない。同様に、他方端部に対して第２屈曲部分２４ｂから力（せん断力）が及んでも、他方端部は容易には変形しない。

主バッキング２２は、Ｙ方向（紙面貫通方向）に直交する２つの外面（２つの側面）２２ａ，２２ｂ、及び、Ｘ方向に直交する２つの外面（２つの側面）２２ｃ，２２ｄ、を有する。Ｙ方向に直交する２つの外面２２ａ，２２ｂは、それぞれ、相対的に見て高熱伝導面であり、熱出力面として機能する。Ｘ方向に直交する２つの外面２２ｃ，２２ｄは、それぞれ、相対的に見て低熱伝導面である。各外面２２ｃ，２２ｄは、熱伝導作用を有していないものである。主バッキング２２におけるグラフェン並び方向は、Ｘ方向である。

シェルヘッド１４は、振動子アセンブリ１７を取り囲む形態を有し、振動子アセンブリ１７を保持している。シェルヘッド１４は、Ｙ方向に直交する２つの内面と、Ｘ方向に直交する２つの内面と、を有する。Ｙ方向に直交する２つの内面は、それぞれ、熱入力面として機能する。

主バッキング２２においてＹ方向に直交する２つの外面２２ａ，２２ｂが、シェルヘッド１４においてＹ方向に直交する２つの内面に接合している。その接合により生じた２つの界面を通じて、主バッキング２２からシェルヘッド１４へ熱が移動する。主バッキング２２においてＸ方向に直交する２つの外面２２ｃ，２２ｄと、シェルヘッド１４においてＸ方向に直交する２つの内面１４ｃ，１４ｄとの間に、隙間Ｇ１，Ｇ２が生じている。各隙間Ｇ１，Ｇ２は、スリット状の形態を有する。隙間Ｇ１には、副バッキング２１における第１はみ出し部分の直下に存在する空間が含まれる。隙間Ｇ２には、副バッキング２１における第２はみ出し部分の直下に存在する空間が含まれる。

第１垂れ下がり部分２８は、上端部分としての第１垂直部分２８Ａを有する。第１垂直部分２８Ａが隙間Ｇ１を通過している。第１垂直部分２８Ａにおける内面（主バッキング側の面）には、第１電気部品群６６が設けられている。第１電気部品群６６には、Ｙ方向及びＺ方向に並ぶ複数の電気部品により構成される。具体的には、第１電気部品群６６には、電子回路３７の動作に当たって必要となる複数のコンデンサが含まれる。

第１電気部品群６６と主バッキング２２の外面２２ｃとの間に、電気絶縁部材としての電気絶縁板７４が設けられている。これにより、主バッキング２２と第１電気部品群６６との間における電気的短絡が防止されている。電気絶縁板７４は、第１電気部品群６６に対して接着されており、あるいは、主バッキング２２に対して接着されている。

第１垂直部分２８Ａにおける外面（内面１４ｃに対向する面）には、補強部材としての補強板６８が接着されている。両面接着テープ等を用いて、補強板６８が更に内面１４ｃに固定されてもよい。補強板６８は、例えば、絶縁部材により構成される。

第２垂れ下がり部分３０は、上端部分としての第２垂直部分３０Ａを有する。第２垂直部分３０Ａが隙間Ｇ２を通過している。第２垂直部分３０Ａにおける内面（主バッキング側の面）には第２電気部品群７６が設けられている。第２電気部品群７６には、Ｙ方向及びＺ方向に並ぶ複数の電気部品により構成される。具体的には、第２電気部品群７６には、電子回路３７の動作に当たって必要となる複数のコンデンサが含まれる。

第２電気部品群７６と主バッキング２２の外面２２ｄとの間に、電気絶縁部材としての電気絶縁板７７が設けられている。これにより、主バッキング２２と第２電気部品群７６との間における電気的短絡が防止されている。電気絶縁板７７は、第２電気部品群７６に対して接着されており、あるいは、主バッキング２２に対して接着されている。

第２垂直部分３０Ａにおける外面（内面１４ｄに対向する面）には補強部材としての補強板７８が接着されている。両面接着テープ等を用いて、補強板７８が更に内面１４ｄに固定されてもよい。補強板７８は、例えば、絶縁部材により構成される。

主バッキング２２の上面２２ｅは、副バッキング２１の下面に接合している。主バッキング２２の下面２２ｆは露出面である。後述するように、下面２２ｆに吸音部材又は熱伝導部材を設けてもよい。

熱出力面として機能する外面２２ｂ上に温度センサ２００が設けられている。具体的には、外面２２ｂにおけるＸ方向の中央かつ下部２２ｂ１上に、温度センサ２００が設けられている。温度センサ２００は、例えば、サーミスタにより構成される。温度センサ２００から信号線２０２が引き出されている。信号線２０２は、ＦＰＣ２４に接続され、あるいは、図示されていないプローブケーブル内の信号線に接続される。外面２２ｂ上に複数の温度センサを設けてもよい。外面２２ａ及び外面２２ｂのそれぞれに温度センサを設けてもよい。

温度センサ２００の配置により、主バッキングの温度、特に主バッキングとシェルヘッドの界面の温度、をモニタリングすることが可能となる。これにより、超音波プローブの表面温度、特に送受波面の表面温度、を管理することが可能となる。

実施形態においては、主バッキングにおけるＸ方向の両側に隙間Ｇ１，Ｇ２が確保されている。隙間Ｇ１，Ｇ２をＦＰＣ２４が通過している。隙間Ｇ１，Ｇ２を利用して、電子回路３７に近い位置に、第１電気部品群６６及び第２電気部品群７６が配置されている。

図５は、超音波プローブの先端部のＸＹ断面を示す模式図である。主バッキング２２は、Ｙ方向に直交する２つの外面２２ａ、２２ｂを有し、また、Ｘ方向に直交する２つの外面２２ｃ、２２ｄを有する。一方、シェルヘッド１４は、Ｙ方向に直交する２つの内面１４ａ，１４ｂを有し、また、Ｘ方向に直交する２つの内面１４ｃ，１４ｄを有する。

外面２２ａと内面１４ａが接合しており、外面２２ｂと内面１４ｂが接合している。外面２２ｃと内面１４ｃとの間に隙間Ｇ１が生じている。外面２２ｄと内面１４ｄとの間に隙間Ｇ２が生じている。隙間Ｇ１には、第１垂直部分２８Ａ、第１電気部品群６６、電気絶縁板７４、及び、補強板６８が配置されている。隙間Ｇ２には、第２垂直部分３０Ａ、第２電気部品群７６、電気絶縁板７７、及び、補強板７８が配置されている。

シェルヘッド１４には、凹部２０４が形成されている。凹部２０４の開口は、内面１４ｂの一部を構成している。凹部２０４の内部空間が温度センサ２００を収容する収容室として機能する。凹部２０４の壁面は、温度センサ２００から隔てられている。温度センサ２００は、主バッキング２２の外面２２ｂのみに接している。

一般に、熱的異方性を有するバッキングの加工は難しく、つまり、主バッキング２２に凹部を形成することは難しい。そこで、実施形態においては、シェルヘッド１４に凹部２０４を形成し、その内部に温度センサ２００を配置している。シェルヘッド１４が温度センサ２００に直接的に接触していないので、温度センサ２００により、熱出力面の温度を正しく測定できる。

実施形態において、各外面２２ａ，２２ｂ，２２，２２ｄは平面である。各外面２２ａ，２２ｂ，２２，２２ｄの全部又は一部を曲面としてもよい。同様に、実施形態において、各内面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは平面である。各内面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの全部又は一部を曲面としてもよい。

図６には、シェル１２が示されている。シェル１２は、既に説明したように、シェルヘッド１４、中間部１５及び後端部１６により構成される。シェルヘッド１４は、Ｙ方向に直交する２つの内面（図６には１つの内面１４ａのみが示されている）、及び、Ｘ方向に直交する２つの内面１４ｃ，１４ｄを有する。主バッキングからの熱が、Ｙ方向に直交する２つの内面を通じてシェルヘッド１４に流入する（符号９０を参照）。その熱がシェルヘッド１４に拡散し（符号９４を参照）、同時にシェル１２それ全体に拡散する（符号９２及び９６を参照）。シェル１２に拡散した熱が樹脂ケース通じて外界へ放出され、また、プローブケーブルを介して外界へ放出される。

図７には、超音波プローブのＹＺ断面が示されている。電子回路３７及び二次元振動素子アレイで生じた熱の移動方向が符号１０２で示されている。熱は副バッキング２１を通じて主バッキング２２へ移動する。主バッキング２２に流入した熱のＹ方向への移動が符号１０４で示されている。その熱はシェル１２に流入する。符号１０６はシェル１２内での熱の移動方向（拡散方向）を示している。

なお、図７には、プローブケーブル、プローブケーブル内の信号線束、及び、信号線束に接続された複数のコネクタ、が示されている。信号線束に接続された複数のコネクタが、ＦＰＣに設けられた複数のコネクタに接続される。

図８には、超音波プローブの先端部のＹＺ断面が示されている。既に説明したように、シェルヘッド１４には、凹部２０４が形成されている。凹部２０４の内部空間は温度センサ２００の収容室である。凹部２０４の内面は温度センサ２００から隔てられている。

温度センサ２００の検出面２００ａが主バッキングにおける外面２２ｂに接合されている。温度センサ２００が接合されている位置は、具体的には、外面２２ｂにおけるＸ方向の中央部であり、且つ、Ｚ方向の下端部である。温度センサ２００から信号線２０２が引き出されている。主バッキングの下面も高熱伝導面である。その下面に温度センサを配置してもよい。

図９及び図１０を用いて変形例について説明する。図９には、第１変形例が示されている。主バッキング２２の下側に吸音板１０８が設けられている。具体的には、主バッキングの下面に吸音板１０８が接合されている。主バッキング２２内で、超音波が完全に減衰しない場合、主バッキング２２の下面で超音波が反射して、それにより生じた反射波が二次元振動素子アレイに戻る可能性がある。そのような反射波は超音波画像の画質を低下させる。主バッキング２２の下面に吸音板１０８を設ければ、上記反射波の発生を効果的に抑制できる。

図１０には、第２変形例が示されている。主バッキング２２の下側に熱伝導板１１０が設けられている。具体的には、主バッキング２２の下面に熱伝導板１１０が接合されている。電子回路等で生じた熱が、矢印１１２で示すように、副バッキング２１を介して主バッキング２２へ移動する。主バッキング２２に流入した熱が、矢印１１４で示すように、主バッキング２２からシェル１２へ直接的に移動し、また、矢印１１６で示すように、主バッキング２２から熱伝導板１１０を介してシェル１２へ移動する。主バッキング２２の下面も高熱伝導面である。よって、第２変形例によれば、主バッキング２２からシェル１２への熱伝導の効率をより高められる。

以上説明した実施形態によれば、バッキング部材内における極めて高い熱伝導率を有する経路を介して、電子回路等で生じた熱を熱吸収部材へ導ける。これにより、生体に接触する送受波面の温度を効果的に抑制できる。また、主バッキングの近傍に２つの隙間を確保できるので、それらの隙間を利用して配線部材を配置でき、また、それらの隙間を利用して電気部品群を配置できる。２つの隙間に接している２つの側面はいずれも低熱伝導面であるので、電気部品群を熱的に保護できる。更に、主バッキングの上側に副バッキングを設け、それらの向きを直交させたので、副バッキングにおいてＸ方向へ熱を拡散させた上で、主バッキングにおいてＹ方向へ熱を導ける。加えて、主バッキングにおける高熱伝導面に温度センサを配置し、しかもシェルから温度センサを隔てたので、主バッキングの温度を正しく検出でき、つまり、主バッキングの熱輸送作用を正しく測定することができる。

なお、上記実施形態において、副バッキングを除外してもよい。その場合、主バッキングの上面に電子回路が設けられる。また、上記実施形態において、バッキング部材が３つ以上のバッキングにより構成されてもよい。積層体が円筒面状の形態を有する場合、バッキング部材の上面が円筒面状の形態とされる。熱的異方性を有するバッキングとして上述したもの以外のバッキングを用いてもよい。例えば、複数の熱伝導層と複数のスペーサとが交互に積層されているバッキングを用いてもよい。

１０ 超音波プローブ、１１ 樹脂ケース、１２ シェル、１４ シェルヘッド、２０ バッキング部材、２１ 副バッキング、２２ 主バッキング、２４ ＦＰＣ、３６ 積層体、３７ 電子回路、６６ 第１電気部品群、７６ 第２電気部品群、２００ 温度センサ。

Claims (5)

1. 振動素子アレイと、
   前記振動素子アレイの後側に設けられ、前記振動素子アレイに対して電気的に接続された電子回路と、
   前記電子回路の後側に設けられ、前記振動素子アレイからの超音波を減衰させるバッキングと、
   を含み、
   前記振動素子アレイ、前記電子回路及び前記バッキングの配列方向をＺ方向と定義し、前記Ｚ方向に直交する方向をＸ方向と定義し、前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と定義した場合において、
   前記バッキングにおいて、Ｚ方向熱伝導率及びＹ方向熱伝導率は、いずれも、Ｘ方向熱伝導率よりも大きく、
   前記バッキングは、前記Ｙ方向に交差する２つの外面を有し、
   前記Ｙ方向に交差する２つの外面の少なくとも一方に温度センサが配置されている、
   ことを特徴とする超音波プローブ。
2. 請求項１記載の超音波プローブにおいて、
   前記Ｙ方向に直交する２つの外面に接合された２つの内面を有する吸熱部材を含み、
   前記温度センサは、前記吸熱部材から隔てられている、
   ことを特徴とする超音波プローブ。
3. 請求項２記載の超音波プローブにおいて、
   前記吸熱部材は、前記温度センサを収容する収容空間を有し、
   前記温度センサは、前記収容空間の内面から隔てられている、
   ことを特徴とする超音波プローブ。
4. 請求項１記載の超音波プローブにおいて、
   前記温度センサが配置された外面は、前記電子回路に近い上端部と、前記電子回路から遠い下端部と、を有し、
   前記温度センサは前記下端部に配置された、
   ことを特徴とする超音波プローブ。
5. 請求項１記載の超音波プローブにおいて、
   前記バッキングは主バッキングであり、
   前記電子回路と前記主バッキングとの間に副バッキングが設けられ、
   前記副バッキングにおいて、Ｚ方向熱伝導率及びＸ方向熱伝導率は、いずれも、Ｙ方向熱伝導率よりも大きく、
   前記副バッキング内で前記Ｘ方向に拡散した熱が前記主バッキングを介して吸熱部材へ伝わり、
   前記温度センサは、前記主バッキングと前記吸熱部材の間の界面の温度を検出する、
   ことを特徴とする超音波プローブ。