JP4685408B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

本発明は、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使用されるもので、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備えている。

ところで、超音波診断装置の動作状態において、超音波プローブ内では超音波の送信で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、その一部は振動子で吸収され熱に変換されている。また、超音波プローブに接続された超音波診断装置本体において超音波を駆動する信号の生成及び振動子からの超音波受信信号の処理を行う送受信部の回路が、超音波プローブに内蔵されるような場合には、その回路においても電力が消費され発熱源となっている。

一方、超音波画像の画質を改善する方法の一つに、受信超音波のＳ／Ｎを上げるために送信超音波のパワーを増大させる方法がある。その送信超音波のパワーは、安全上、上限があるが、安全の範囲内で出来るだけ増大させたほうがよりＳ／Ｎが得られ、画質を改善することができる。

また、最近では二次元的に配列した振動子を備え、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、一次元に振動子を配列した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大することから、超音波診断装置本体の送受信部の回路を内蔵する場合には、その回路の規模も大きくなってきている。

従って、三次元走査対応の超音波プローブにおいては、振動子数と回路の増大に伴い発熱量が増大することになり、その先端の表面温度が一定レベルを超えないようにすることがより困難になってきている。

そこで、水等の冷媒を利用した冷却機構を有する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。）。この提案によれば、超音波診断装置本体と超音波プローブの先端間を、超音波プローブのケーブルに取り付けられた冷媒管を介して冷媒を循環させて冷却する構造になっている。

図６は、冷却機構を有する超音波プローブの構成の例を示した図である。この超音波プローブ１００は、被検体に対して超音波の送受信を行う振動子部１１１及び振動子部１１１の熱を吸収する受熱部１１２からなるプローブ部１１０と、振動子部１１１への超音波駆動信号の伝達、及び振動子部１１１からの超音波受信信号の伝達を行う複合ケーブル部１２０と、複合ケーブル部１２０と超音波診断装置本体２００間を接続するコネクタ部１３０とを備えている。

図７は、複合ケーブル１２０の断面を示した図である。複合ケーブル部１２０は、プローブ部１１０とコネクタ部１３０間の信号を伝達する複数の信号線１２４を有する多芯ケーブル１２１と、超音波診断装置本体２００において冷却された冷媒をコネクタ部１３０を介してプローブ部１１０の受熱器１１２へ送り込む流路としての送冷媒管１２２と、受熱器１１２から排出された冷媒をコネクタ部１３０を介して超音波診断装置本体２００へ送り込む流路としての排冷媒管１２３と、各断面が円形を形成する多芯ケーブル１２１、送冷媒管１２２、及び排冷媒管１２３を夫々密着させて束ねた被覆１２４とを備えている。
特開２００３−３８４８５号公報

冷却機構を有する超音波プローブ１００の複合ケーブル１２０においては、多芯ケーブル１２１の外側に送冷媒管１２２及び排冷媒管１２３が密着させて配置されている。従って、受熱器１１２の熱を排出する冷媒を送る排冷媒管１２３からの熱により送冷媒管１２２内の冷媒の温度が上昇し、受熱部１１２の冷却力を低下させる問題がある。

また、複合ケーブル１２０の断面二次モーメントは、図７に示したように、モーメント方向の長さがほぼ多芯ケーブル１２１の直径のＷになる軸ＹＹ、Ｙ１Ｙ１、Ｙ２Ｙ２などの軸よりも、モーメント方向の長さが多芯ケーブル１２１の直径に送冷媒管１２２或いは排冷媒管１２３の直径に近い径を加えてｈになる軸ＸＸにおける断面二次モーメントが大きくなり、複合ケーブル部１２０の曲げ方向に対する曲げやすさの差が生じて超音波プローブの操作性を悪くしている問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、冷却効率を上げると共に、容易に操作することができる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、本発明は、超音波の送受信を行う振動子部及びこの振動子部から発生する熱を吸収する受熱部とを備えたプローブ部と、前記振動子部と超音波診断装置との間で信号の伝達を行うケーブル部と、冷媒を冷却する冷却手段と、前記冷却手段により冷却された前記冷媒を前記受熱部へ送る送冷媒管と、前記受熱部の熱を排出する冷媒を前記冷却手段へ送る排冷媒管と、前記信号の伝達を行う信号線と、前記送冷媒管及び排冷媒管により形成され、長さ方向に２つの独立した穴を有し、一方の穴に前記送冷媒管の冷媒が流れ、他方の穴に前記排冷媒管の冷媒が流れる多穴管とを備え、前記信号線及び前記多穴管を前記ケーブル部に挿通配置したことを特徴とする。

また、上記問題を解決するために、本発明は、超音波の送受信を行う振動子部及びこの
振動子部から発生する熱を吸収する受熱部とを備えたプローブ部と、前記振動子部と超音
波診断装置管で信号の伝達を行うケーブル部と、冷媒を冷却する冷却手段とを備え、前記
ケーブル部は、前記信号の伝達を行う信号線、前記冷却手段により冷却された冷媒を前記
受熱部へ送る送冷媒管、及び前記受熱部の熱を排出する冷媒を前記冷却手段へ送る排冷媒
管とを有し、前記冷媒管及び排冷媒管の一方の冷媒管が前記ケーブル部内の中心近傍に配
置され、他方の冷媒管が複数本であって前記一方の冷媒管から離れた外周円上の位置のほ
ぼ等間隔に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、送冷媒管内の冷媒の温度変化を低減することができ、超音波プローブの冷却効率の向上を図ることができる。

本発明の実施例を説明する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の超音波プローブの実施例１を受熱器を冷却するための冷媒と、この冷媒を空冷で冷却する冷却器を設けた場合を例に図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、実施例１の超音波プローブの構成を示した図である。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、このプローブ部１に超音波を発生させるための信号を伝達すると共に、プローブ部１からの信号を伝達するケーブル部２と、超音波診断装置本体２０からの超音波を発生させるための信号をケーブル部２に伝達すると共に、ケーブル部２からの信号を超音波診断装置本体２０へ伝達するために着脱自在に設けられたコネクタ部３を備えている。

プローブ部１は、被検体Ｐに超音波を送信し、その反射波を受信する振動子部１１と、ケーブル部２からの信号を処理して超音波駆動信号を生成すると共に、振動子部２からの超音波受信信号を処理する送受信部１２と、振動子部１１及び送受信部１２を冷却をする受熱部１３とを備えている。

振動子部１１は、圧電性セラミック材、圧電性高分子材等の電気音響変換素子からなる複数（Ｎ個）の圧電振動子を備えている。そして、超音波送信時には送受信部１２の送信回路からの超音波駆動信号を送信超音波に変換し、超音波受信時には受信超音波を超音波受信信号に変換する。

送受信部１２は、振動子部１１において送信超音波を発生するための超音波駆動信号を生成する送信回路を備えている。なお、振動子部１１は、二次元或い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があるが、以下では三次元走査対応の振動子部１１を用いた場合について述べる。

送受信部１２の前記送信回路には、Ｎ個の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、或いはこのパルサに加えて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て、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を備えた構成、更には前記パルサ及び送信遅延回路に加えて被検体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を備えた構成のものなどがあるが、いずれの場合にも適用することができる。

また、送受信部１２には、振動子部１１から得られる超音波受信信号に対して整相加算を行なう受信回路、或いは前記送信回路及び前記受信回路を設けることも可能である。そして、前記受信回路には、振動子部１１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、或いはこのプリアンプに加えて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を前記プリアンプの出力に与えるための受信遅延回路、或いは前記プリアンプ及び受信遅延回路に加えて受信遅延回路からの圧電振動子からのＮチャンネルの受信信号を加算する加算器を用いることができる。

受熱部１３は、図示しないがケーブル部２からの冷媒（送冷媒）を受入れる受入口と、冷媒を通すための冷媒流路と、この冷媒流路からケーブル部２へ冷媒を排出する排出口を備えている。そして、ケーブル部２から送られてきた冷媒（送冷媒）を用いて振動子部１１及び送受信部１２の冷却を行う。

ケーブル部２は、プローブ部１とコネクタ部３間の信号を伝達する信号線２１と、プローブ部１とコネクタ部３間の冷媒の循環流路である冷媒管部２２とを備えている。そして、ケーブル部２の中心近傍に配置された冷媒管部２２の周囲に信号線２１が配置されている。

信号線２１は、その一端がプローブ部１の送受信部１２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、超音波診断装置本体２０からの振動子部１１の各圧電振動子に対応した信号をプローブ部１の送受信部１２へ伝達すると共に、送受信部１２からの振動子部１１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へ伝達する。

冷媒管部２２は、コネクタ部３からの冷却された送冷媒をプローブ部１の受熱部１３へ送り込むための送冷媒管２３と、受熱部１３から排出された冷媒（排冷媒）をコネクタ部３へ送り込むための排冷媒管２４と、送冷媒管２３の外周に設けられた断熱材２５とを備えている。

コネクタ部３は、ケーブル部２の信号線２１からの超音波受信信号を超音波診断装置本体２０に伝達するための接続部３１と、冷媒を冷却するための冷却器３３及び超音波プローブ１０内の冷媒を循環させるためのポンプ３４から成る冷却部３２とを備えている。

接続部３１は、その一端がケーブル部２の各信号線に接続され、他端が超音波診断装置本体２０に着脱自在に接続されている。そして、接続部３１は、超音波診断装置本体２０からの超音波を発生させるための信号をケーブル部２へ伝達すると共に、ケーブル部２からの超音波受信信号を超音波診断装置本体２０へ伝達する。

ファンやラジエーターを備えた冷却器３３の一端がポンプ３４を介してケーブル部２の送冷媒管２３に接続され、他端がケーブル部２の排冷媒管２４を介してプローブ部１の受熱部１３に接続されている。

そして、排冷媒管２４を介して受熱器３の排冷媒を引き戻すと共に、冷却器３２で冷却した送冷媒を送冷媒管２３を介して受熱器１３へ送り込む。

なお、冷却器３２及びポンプ３３を動かすための電源は、超音波診断装置本体２０から供給される。

次に、図２を参照してケーブル部２の構造を説明する。図２は、ケーブル部２の断面の一例を示した図である。このケーブル部２の断面は、円形であり、この断面の中心近傍に冷媒管部２２が配置されている。また、この冷媒管部２２及びその外周に複数の信号線２１が配置され、更にこの信号線２１の外周にシールド線２６が配置されている。そして、シールド線２６は、絶縁、保護などのための被覆線２７で覆われている。

冷媒管部２２は、その断面がほぼ円形であり、送冷媒管２３、送冷媒管２３に近接した排冷媒管２４、及び送冷媒管２３の外周に設けられた断熱材２５が配置されている。なお、断熱材２５は、ケーブル部２の曲げ操作などにより排冷媒管２４に接触することがある。

この送冷媒管２３及び排冷媒管２４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から形成されている。

送冷媒管２３の断面の外周は、半円を形成し、その半円の内部にはほぼ半円形の送冷媒流路が設けられている。また、排冷媒管２４は、送冷媒管２３と同様の構造になっており、送冷媒流路と同じ断面積を有する排冷媒流路が設けられている。そして、排冷媒管の流路の断面積は、送冷媒流路の断面積と同じになっている。

断熱材２５は、発砲プラスチックなどの断熱性が高く且つしなやかな管状或いはテープ状の材料を送冷媒管２３に外嵌する或いは巻くなどして送冷媒管２３同じ形状に形成されている。

前記実施例においては超音波プローブを、受熱器を冷却するための冷媒と、この冷媒を空冷の冷却器で冷却する場合を実施例として説明したが、受熱器に温度センサを設け、ペルチェ素子などの冷却器と、その冷却器を温度センサからの信号に基づき冷媒の温度を制御する制御回路を設けて冷却させてもよい。

また、超音波プローブとして超音波診断装置本体の送受信部の回路を設けた実施例について説明したが、送受信部の回路を設けない超音波プローブの場合にも適用することができる。

次に、図３を参照してケーブル部の他の実施例を説明する。図３に示すケーブル部２ａが図２（ａ）のケーブル部２と異なる点は、送冷媒管と排冷媒管を断面が円形の各２本の冷媒管で構成している点である。

冷媒管部２２ａの送冷媒管２３ａ及び排冷媒管２４ａは、夫々内外径とも同じサイズの円形であり、各管がケーブル部２ａの中心近傍に近接して配置されている。また、冷媒管部２２ａには、送冷媒管２３ａの外周に送冷媒管２３ａと同じ形状の断熱材２５ａが設けられ、断熱材２５ａが排冷媒管２４ａに近接して配置されている。なお、断熱材２５ａは、ケーブル部２ａの曲げ操作などにより排冷媒管２４ｃに接触することがある。

上記実施例に限らず、送冷媒管２３ａ及び排冷媒管２４ａにおける各流路の断面積の２倍の流路断面積を有する各1本の送冷媒管と排冷媒管をケーブル部の中心近傍に配置し、送冷媒管の外周に断熱材を設けるようにしてもよい。

また、送冷媒管２３ａ及び排冷媒管２４ａにおける各流路の断面積の１／Ｎ倍の流路断面積を有する各２Ｎ本の送冷媒管と排冷媒管をケーブル部の中心近傍に配置するようにしてもよい。

以上述べた本発明の実施例１によれば、ケーブル部は、断面が円形であり、信号線、送冷媒管と、排冷媒管と、送冷媒管の外周に設けられた断熱材とを有し、断面が半円形の送冷媒管、断面が送冷媒管と同じ形状の排冷媒管、及び断熱材をケーブル部の中心近傍に配置した。

また、本発明の実施例１によれば、断面が円形の送冷媒管及び排冷媒管を少なくとも１本ずつ設け、送冷媒管、排冷媒管、及び送冷媒管の外周に断熱材を設けた断熱材をケーブル部の中心近傍に配置した。本発明の実施例１によれば、送冷媒管内の温度変化を低減することと共に、ケーブル部の断面における断面二次モーメントはどの軸においても差がなくなり、ケーブル部のどの方向に対しても曲げやすさをほぼ同じにすることができるので、超音波プローブの冷却効率及び操作性の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例１に限定されるものではなく、受熱部の排冷媒が高温になる場合には、排冷媒管の外周にも送冷媒管の場合と同様に断熱材を設けるようにしてもよい。

以下に、本発明による超音波プローブのケーブル部の実施例２を、図４を参照して説明する。
図４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、冷媒管部を長さ方向に４つの独立した穴を有する多穴管に置き換えた点である。

このケーブル部２ｂの断面は、円形であり、この断面の中心近傍に断面が円形の多穴管２２ｂが配置されている。また、この多穴管２２ｂは、シリコーン・ゴム、軟質塩化ビニル樹脂などのしなやかで断熱性の高い材料からなり、送冷媒流路２２ｂ１及び排冷媒流路２２ｂ２を夫々２つずつ形成しており、各流路の断面は、多穴管２２ｂを均等に４分割した扇形になっている。更に、送冷媒流路２２ｂ１と排冷媒流路２２ｂ２間を隔離している隔離壁の内部に多数の小孔２２ｂ２を設けることにより、送冷媒流路２２ｂ１と排冷媒流路２２ｂ２間が断熱されている。

多穴管２２ｂの外周に複数の信号線２１が配置され、更にこの信号線２１の外周に信号線２１のシールド線２６が配置されている。そして、シールド線２６は、絶縁、保護などのための被覆線２７で覆われている。

なお、送冷媒流路と排冷媒流路を１つずつ有する多穴管としてもよく、また送冷媒流路と排冷媒流路を夫々適宜の個数有する構成とすることができる。

以上述べた本発明の実施例２によれば、多穴管をケーブル部の中心近傍に配置し、その多穴管には長さ方向に独立した送冷媒流路及び排冷媒流路を設け、更に送冷媒流路と排冷媒流路間を隔離している隔離壁の内部に***を設けてケーブル部の断面を円形に形成した。本発明の実施例２によれば、送冷媒管内の冷媒の温度変化を低減することと共に、ケーブル部の断面における断面二次モーメントはどの軸においても差がなくなり、ケーブル部のどの方向に対しても曲げやすさがほぼ同じにすることができるので、超音波プローブの冷却効率及び操作性の向上を図ることができる。

以下に、本発明による超音波プローブのケーブル部の実施例３を、図５を参照して説明する。図５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、排冷媒管をケーブル部の外周部に設けた点である。

このケーブル部２ｃの断面は、円形であり、この断面の中心近傍に送冷媒管２３ｃが配置されている。この送冷媒管２３ｃの外周には複数の信号線２１が配置され、更にこの信号線２１の外周に信号線２１のシールド線２６が配置されている。そして、シールド線２６は、絶縁、保護などのための被覆線２７で覆われている。

ケーブル部２ｃの外周部近傍の信号線２１が配置されている箇所内で且つ、送冷媒管２３ｃから離れた外周円上の等間隔位置に排冷媒管２４ｃを３本配置している。このように、送冷媒管２３ｃから離して排冷媒管２４ｃを配置することにより、排冷媒管２４ｃからの熱は、熱伝導性の低い信号線２１を介して伝達されるので、送冷媒管２３ｃ内の冷媒の温度低下を低減することができる。

送冷媒管２３ｃの断面は、円形であり、その管内には円形の送冷媒流路が形成されている。そして、排冷媒管２４ｃの断面は、外径、内径共に送冷媒管２３ｃよりも小さい円形であり、その管内に形成されている排冷媒流路の断面積は、送冷媒流路の断面積のほぼ１／３になっている。

排冷媒管２４ｃの排冷媒流路の断面積が、送冷媒管２３ｃの送冷媒流路の１／Ｎ（Ｎは４以上の整数）倍の場合には、Ｎ本の排冷媒管２３ｃを等間隔になるように配置するようにすればよい。なお、上述の送冷媒管を排冷媒管として用い、また排冷媒管を送冷媒管として用いるようにしてもよい。

以上述べた本発明の実施例３によれば、第１の冷媒管をケーブル部の中心近傍に設け、第１の冷媒管よりも断面積が小さい複数の第２の冷媒管を、第１の冷媒管から離れた外周円上の等間隔位置近傍に設けてケーブル部の断面を円形に形成した。本発明の実施例３によれば、送冷媒管内の冷媒の温度変化を低減することと共に、ケーブル部の断面における断面二次モーメントはどの軸においても差がなくなり、ケーブル部の曲げ方向に対する曲げやすさをほぼ同じにすることができるので、超音波プローブの冷却効率及び操作性の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例３に限定されるものではなく、受熱部の排冷媒が高温になる場合には、送冷媒管の外周に断熱材を設けて実施するようにしてもよい。更に、排冷媒管の外周にも断熱材を設けて実施するようにしてもよい。

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に係るケーブル部の断面の一例を示す図。 本発明の実施例１に係るケーブル部の断面の変形例を示す図。 本発明の実施例２に係るケーブル部の断面の変形例を示す図。 本発明の実施例３に係るケーブル部の断面の一例を示す図。 冷却機構を有する超音波プローブの構成を示す図。 冷却機構を有する超音波プローブのケーブル部の断面を示す図。

符号の説明

Ｐ 被検体
１ プローブ部
２ ケーブル部
３ コネクタ部
１０ 超音波プローブ
１１ 振動子部
１２ 送信部
１３ 受熱器
２０ 超音波診断装置本体
２１ 信号線
２２ 冷媒管部
２３ 送冷媒管
２４ 排冷媒管
３１ 接続部
３２ 冷却部
３３ 冷却器
３４ ポンプ

Claims (7)

1. 超音波の送受信を行う振動子部及びこの振動子部から発生する熱を吸収する受熱部とを
   備えたプローブ部と、
   前記振動子部と超音波診断装置との間で信号の伝達を行うケーブル部と、
   冷媒を冷却する冷却手段とを備え、
   前記ケーブル部は、前記信号の伝達を行う信号線、前記冷却手段により冷却された冷媒
   を前記受熱部へ送る送冷媒管、及び前記受熱部の熱を排出する冷媒を前記冷却手段へ送る
   排冷媒管、及び前記送冷媒管及び排冷媒管により形成され、長さ方向に少なくとも２つの
   独立した穴を有し、一方の穴に前記送冷媒管の冷媒が流れ、他方の穴に前記排冷媒管の冷
   媒が流れる多穴管とを有し、
   前記多穴管を挿通配置すると共に前記信号線を周囲に配置した
   ことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記多穴管は断面が略円形であって、
   前記多穴管は前記ケーブル部の中心近傍に挿通配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記多穴管は、前記送冷媒管と前記排冷媒管を隔離する隔離壁内部に小孔を有すること
   を特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 超音波の送受信を行う振動子部及びこの振動子部から発生する熱を吸収する受熱部とを
   備えたプローブ部と、
   前記振動子部と超音波診断装置間で信号の伝達を行うケーブル部と、
   冷媒を冷却する冷却手段とを備え、
   前記ケーブル部は、前記信号の伝達を行う信号線、前記冷却手段により冷却された冷媒
   を前記受熱部へ送る送冷媒管、及び前記受熱部の熱を排出する冷媒を前記冷却手段へ送る
   排冷媒管とを有し、
   前記冷媒管及び排冷媒管の一方の冷媒管が前記ケーブル部内の中心近傍に配置され、他
   方の冷媒管が複数本であって前記一方の冷媒管から離れた外周円上の位置のほぼ等間隔に
   配置されている
   ことを特徴とする超音波プローブ。
5. 前記排冷媒管は複数本から構成され、
   前記複数本の排冷媒管における流路の断面積の合計は、前記送冷媒管における流路の断
   面積の合計と略等しい
   ことを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記複数本は、少なくとも３本であることを特徴とする請求項４乃至５のいずれか１項
   に記載の超音波プローブ。
7. 少なくとも前記送冷媒管の外周には、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項
   ４乃至６のいずれか１項に記載の超音波プローブ。

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