(57)【要約】【課題】高い操作性、放熱性、品質、及び信頼性を備えた超音波探触子を提供すること。【解決手段】操作者により把持されるケース１０と、前記ケース内に収納され、前記ケースの先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサ２０と、前記ケースの基端部に繋がれ、前記トランスデューサに対して電気信号を送受信するケーブル５０と、前記ケースと前記トランスデューサの基端部との間に充填される防水用のモールド材４０とを具備し、前記モールド材には、中空金属材４１が混入されている。【選択図】      図１
2006204622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者により把持されるケースと、
前記ケース内に収納され、前記ケースの先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサと、
前記ケースの基端部に繋がれ、前記トランスデューサに対して電気信号を送受信するケーブルと、
前記ケースと前記トランスデューサの基端部との間に充填される防水用のモールド材と、
を具備し、
前記モールド材には、中空金属材が混入されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記中空金属材は、カーボンフィラーまたは金フィラーであることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記中空金属材は、カーボンファイバーまたは金ファイバーであることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記モールド材は、前記ケーブルのシールド線に接触していることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項５】
超音波探触子を有する超音波画像装置において、
前記超音波探触子は、
操作者により把持されるケースと、
前記ケース内に収納され、前記ケースの先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサと、
前記ケースの基端部に繋がれ、前記トランスデューサに対して電気信号を送受信するケーブルと、
前記ケースと前記トランスデューサの基端部との間に充填される防水用のモールド材と、
を具備し、
前記モールド材には、中空金属材が混入されていることを特徴とする超音波画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内を超音波で走査して、当該被検体の内部状態を画像化する超音波探触子および超音波画像装置に係り、特に超音波探触子のケースに充填される防水用のモールド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射波から生成した受信信号を基に、当該被検体の内部状態を画像化する超音波診断装置が知られている。この超音波診断装置は、超音波探触子から被検体内に超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合により生じる反射波を超音波探触子で受信して受信信号を生成する。
【０００３】
超音波探触子から超音波の送受信を行うと、圧電振動子では電気的エネルギーと機械的エネルギーの交換が行われる。このとき、圧電振動子からは熱が発生し、材料の熱劣化により信頼性が低下したり、材料の特性変動により品質が低下したりする。
【０００４】
また、超音波探触子には、［ＩＥＣ６０６０１−２−３７（２００１）］の発熱規制があり、この発熱規制を超えないように出力パワーを抑制すると、本来の診断能を発揮できないこともある。
【０００５】
したがって、超音波探触子の信頼性の低下や品質の低下を防止するため、また超音波探触子に本来の診断能を発揮させるためには、圧電振動子で発生した熱が超音波探触子から効率良く放熱される必要がある。
【０００６】
ところで、超音波探触子では、その内部構造を衝撃や滲水から保護するために、超音波探触子の内部空間にモールド材を充填する技術がある。モールド材としては、超音波探触子の操作性を損なわないように密度の低いエポキシ樹脂や発泡ポリウレタン等が用いられる。
【０００７】
しかしながら、エポキシ樹脂や発泡ポリウレタン等の密度の低い材料は、一般的に熱伝導率が低く、圧電振動子で発生した熱を背面材からケーブルに対して効率良く放熱することができない。
【０００８】
そこで近年、圧電振動子で発生した熱を効率良く放熱する技術として、背面材材とケーブルとの間に伝熱線を配置した超音波探触子が提案された（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−２４４６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１で提案された技術は、超音波探触子内に伝熱線を配置する必要があり、構造が複雑化するという問題や、重量が増加して操作性が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い操作性、放熱性、品質、及び信頼性を備えた超音波探触子および超音波画像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波探触子および超音波画像装置は次のように構成されている。
【００１２】
（１）操作者により把持されるケースと、前記ケース内に収納され、前記ケースの先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサと、前記ケースの基端部に繋がれ、前記トランスデューサに対して電気信号を送受信するケーブルと、前記ケースと前記トランスデューサの基端部との間に充填される防水用のモールド材とを具備し、前記モールド材には、中空金属材が混入されている。
【００１３】
（２）（１）に記載された超音波探触子において、前記中空金属材は、カーボンフィラーまたは金フィラーである。
【００１４】
（３）（１）に記載された超音波探触子において、前記中空金属材は、カーボンファイバーまたは金ファイバーである。
【００１５】
（４）（１）に記載された超音波探触子において、前記モールド材は、前記ケーブルのシールド線に接触している。
【００１６】
（５）超音波探触子を有する超音波画像装置において、前記超音波探触子は、操作者により把持されるケースと、前記ケース内に収納され、前記ケースの先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサと、前記ケースの基端部に繋がれ、前記トランスデューサに対して電気信号を送受信するケーブルと、前記ケースと前記トランスデューサの基端部との間に充填される防水用のモールド材とを具備し、前記モールド材には、中空金属材が混入されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波探触子及び超音波画像装置の操作性、放熱性、品質、及び信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
（超音波診断装置の構成）
図１は本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置（超音波画像装置）は、超音波を利用して被検体の内部状態を画像化するものであり、超音波探触子１と超音波診断装置本体２とから構成されている。
【００２１】
図２は同実施形態に係る超音波探触子１の構成図である。
【００２２】
図２に示すように、超音波探触子１は、操作者により把持されるケース１０と、ケース１０内に配置され、ケース１０の先端部から被検体に対して超音波を送受信するトランスデューサ２０と、ケース１０内に配置され、トランスデューサ２０に対して電気信号を送受信するフレキシブルプリントサーキット（以下、「ＦＰＣ」とする。）３０と、トランスデューサ２０とケース１０の基端部との間に充填され、ケース１０内への水分の滲入を防止するモールド材４０と、ケース１０の基端部に繋がれ、ＦＰＣ３０と超音波診断装置本体２とを接続するケーブル５０と、モールド材４０に埋設され、ＦＰＣ３０をノイズから保護するシールド板６０を具備している。
【００２３】
次に、前記各構成要件について詳細に説明する。なお、以下の説明では、ケース１０の先端側を上側とし、ケース１０の基端側を下側とする。
【００２４】
［ケース１０］
図２に示すように、ケース１０は、その上端部に開口部１１、下端部に挿通孔１２を備えている。開口部１１からはトランスデューサ２０（実際には音響レンズ２６）が露出し、挿通孔１２にはケーブル５０が挿入されている。
【００２５】
［トランスデューサ２０］
図３は同実施形態に係るトランスデューサ２０の斜視図である。
【００２６】
図３に示すように、トランスデューサ２０は、圧電振動子２１、音響整合層２２、背面材２３、及び音響レンズ２４を具備している。
【００２７】
圧電振動子２１は、超音波の送受信を実質的に行うものである。この圧電振動子２１は、多数の圧電素子２１１により構成されている。これら圧電素子２１１は短冊状をしており、ケース１０の軸心線と略直角な方向に対して所定間隔で配列されている。
【００２８】
圧電素子２１１の素材としては、２成分系あるいは３成分系の圧電セラミックス等が用いられる。以降、圧電素子２１１の配列方向をアレイ方向とし、アレイ方向及び上下方向と略直角な方向をレンズ方向とする。
【００２９】
圧電振動子２１の溝部、すなわち圧電素子２１１と圧電素子２１１との隙間には、圧電振動子２１の機械的強度を確保するための樹脂材（図示しない）が充填されている。樹脂材の素材としては、エポキシ樹脂等が用いられる。
【００３０】
各圧電素子２１１は、上端面にＧＮＤ用電極２１１ａ、下端面に信号用電極２１１ｂを備え、これら電極２１１ａ、２１１ｂ間に電気信号を印加することで、圧電素子２１１の軸心線方向、すなわち上下方向に対して超音波を発生できるようになっている。
【００３１】
圧電振動子２１のレンズ方向の一側面には、各圧電素子２１１のＧＮＤ用電極２１１ａを電気的に共通化するための共通化電極２１２がアレイ方向の全域に亘って接合されている。前述したＦＰＣ３０のＧＮＤ配線３１は、この共通化電極２１２を介して各ＧＮＤ用電極２１１ａに接続され、ＦＰＣ３０の信号配線３２は、それぞれ各信号用電極２１１ｂに接続されている。
【００３２】
音響整合層２２は、圧電振動子２１と被検体との間の音響インピーダンスを整合させるものである。この音響整合層２２は、圧電振動子２１の上側に配置され、多数の音響整合素子２２１から構成されている。
【００３３】
これら音響整合素子２２１は短冊状をしており、アレイ方向及びレンズ方向に対して、前記各圧電素子２１１と等しいピッチ間隔で配列されている。
【００３４】
音響整合層２２の溝部、すなわち音響整合素子２２１と音響整合素子２２１との隙間には、音響整合層２２の機械的強度を確保するための樹脂材（図示しない）が充填されている。樹脂材の素材としては、エポキシ樹脂等が用いられる。
【００３５】
背面材２３は、圧電振動子２１で発生した超音波のうち下側、すなわち操作者の手元側に伝播してくる超音波を減衰するものである。この背面材２３は、圧電振動子２１の下側に配置されている。背面材２３の素材としては、高い減衰作用を有するゴム等が用いられる。
【００３６】
音響レンズ２４は、音響の屈折を利用して超音波ビームを収束させ、超音波の分解能を向上させるものである。この音響レンズ２４は、音響整合層２２の上側に全ての音響整合素子２２１を覆うように配置されている。
【００３７】
音響レンズ２４の素材としては、シリコーンゴム等が用いられる。また、音響レンズ２４の音響インピーダンスとしては、被検体と音響レンズ２４との接触面における超音波の反射を防止するために、被検体の音響インピーダンスに近い値に設定されている。
【００３８】
［ＦＰＣ３０］
図２に示すように、ＦＰＣ３０は、トランスデューサ２０のレンズ方向の一側に配置されており、主に、ＧＮＤ配線３１と信号配線３２による平面２層構造となっている。これらＧＮＤ配線３１と信号配線３２は、ＦＰＣ３０の中途部で分離されており、各々の先端部にて共通化電極２１２と信号用電極２１１ｂにそれぞれ接続されている。
【００３９】
［モールド材４０］
図２に示すように、モールド材４０は、ケース１０内に水分が浸入するのを防止する以外に、本発明の重要なポイントでもあるトランスデューサ２０の熱を背面材２３からケーブル５０側に移送する役割を持っている。
【００４０】
図４は同実施形態に係るモールド材４０の拡大図である。
【００４１】
図４に示すように、モールド材４０には、熱伝導率の上昇と密度の低下を目的として、熱伝導率の高い球殻状の中空金属材４１が混入されている。モールド材４０の素材としては、超音波探触子１の操作性に配慮して、密度の低いエポキシ樹脂や発泡ポリウレタン等が用いられる。また、中空金属材４１としては、カーボンフィラーや金フィラー等が用いられる。
【００４２】
発明者は、中空金属材４１の混入によりモールド材４０の特性が如何に変化するかを実験した。この実験では、モールド材４０としてエポキシ樹脂を用い、中空金属材４１として４０［ｎｍ］径、空孔率６０［％］のカーボンフィラーを用いている。
【００４３】
実験結果を以下に示す。
【００４４】
図５は同実施形態に係る中空金属材４１の混入比とモールド材４０の熱伝導率との関係を示すグラフである。
【００４５】
図５を見ると、カーボンフィラーの混入比の上昇に伴い、モールド材４０の熱伝導率が上昇することがわかる。因みに、一般的なエポキシ樹脂の熱伝導率は約０．２［Ｗ／ｍＫ］であるが、カーボンフィラーの混入比を５０［ｗｔ％］程度まで上げると、モールド材４０の熱伝導率が約１．８倍まで上昇している。
【００４６】
図６は同実施形態に係る中空金属材４１の混入比とモールド材４０の密度との関係を示すグラフである。
【００４７】
図６を見ると、カーボンフィラーの混入比の上昇に伴い、モールド材４０の密度が低下することがわかる。
【００４８】
この実験により、モールド材４０に中空金属材４１を混入することで、トランスデューサ２０の熱を背面材２３からケーブル５０側に効率良く移送でき、且つ超音波探触子１の重量を軽くできることが確認された。
【００４９】
［ケーブル５０］
図７は同実施形態に係るケーブル５０の断面図である。
【００５０】
図７に示すように、ケーブル５０は、複数の信号線５１と、信号線５１の周囲を覆う樹脂材５２と、樹脂材５２の外周部に環状に編成された多数のシールド線５３と、シールド線５３の外側を覆う外皮５４とから構成されており、その一端部は挿通孔１２からケース１０内に入り込んでモールド材４０内に突入している。
【００５１】
図８は同実施形態に係るケース１０とケーブル５０の接続部分の拡大図である。
【００５２】
図８に示すように、シールド線５３はケーブル５０から露出し、モールド材４０内に埋設されたシールド板６０に接続されている。シールド線５３の素材としては、導電性の高い銅やアルミ等が用いられる。
【００５３】
［シールド板６０］
図８に示すように、シールド板６０は、前述のＦＰＣ３０をノイズから保護する以外に、モールド材４０の熱をケーブル５０のシールド線５３に逃がす役割を備えている。シールド板６０には、モールド材４０との接触面積を大きくするために、複数の穴部６１が形成されている。シールド板６０の素材としては、導電性の高い銅やアルミ等が用いられる。
【００５４】
（超音波探触子の製造工程）
次に、前記構成の超音波探触子１の製造工程について簡単に説明する。
【００５５】
まず、トランスデューサ２０を製造する。そして、トランスデューサ２０が完成したら、このトランスデューサ２０をケース１０内に組み込み、ケース１０の充填孔（図示しない）からケース１０とトランスデューサ２０の下側面との間にモールド材４１を充填する。以上で超音波探触子１が完成する。
【００５６】
（超音波探触子および超音波診断装置の作用）
次に、前記構成の超音波探触子および超音波診断装置の作用について説明する。
【００５７】
前記構成の超音波探触子によれば、ケース１０とトランスデューサ２０の下側面との間に充填するモールド材４０に、カーボンフィラーや金フィラー等の中空金属材４１を混入している。
【００５８】
そのため、モールド材４０の密度低下と熱伝導率上昇とを同時に実現することができる。その結果、超音波探触子１が軽量化して、操作性が向上するとともに、トランスデューサ２０の熱がシールド線５３から効率良く放熱されて、超音波探触子１の温度上昇が抑制される。
【００５９】
また、超音波探触子１の温度上昇が抑制されると、超音波探触子１の各材料が熱劣化し難くなり、信頼性低下や品質低下等を防止することができる。更に、発熱規制の範囲内で出力できる送信電圧が高くなり、Ｓ／Ｎ比の良い高品質な超音波画像を取得することができる。しかも、モールド材４０にカーボンフィラーや金フィラー等の中空金属材４１を混入するだけでよいので、超音波探触子１の構造が複雑化しない。
【００６０】
なお、本実施形態では、中空金属材４１として、球殻状のカーボンフィラーや金フィラー等を用いているが、熱伝導率が高く、且つ中空状であれば、図９に示すような円筒状のカーボンファイバーや金ファイバー等を用いてもよい。
【００６１】
中空金属材４１として、カーボンファイバーや金ファイバー等を用いる場合、その両端部が開放していても、内径寸法が十分に小さければ、中空金属４１内にモールド材４０が流入しないから、モールド材４０の密度低下に貢献することができる。熱伝導率については、言うまでもない。
【００６２】
また、本発明の適用対象は、医用の超音波診断装置に限定されるものではなく、構造物（被検体）等の内部状態を画像化する超音波探傷装置等に適用してもよい。
【００６３】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略図。
【図２】同実施形態に係る超音波探触子の構成図。
【図３】同実施形態に係るトランスデューサの斜視図。
【図４】同実施形態に係るモールド材の拡大図。
【図５】同実施形態に係る中空金属材の混入比とモールド材の熱伝導率との関係を示すグラフ。
【図６】同実施形態に係る中空金属材の混入比とモールド材の密度との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態に係るケーブルの断面図。
【図８】同実施形態に係るケースとケーブルの接続部分の拡大図。
【図９】同実施形態に係る変形例のモールド材の拡大図。
【符号の説明】
【００６５】
１…超音波探触子、２…超音波画像装置本体、１０…ケース、２０…トランスデューサ、４０…モールド材、４１…中空金属材、５０…ケーブル。
【図１】
2006204622.tif 000003
【図２】
2006204622.tif 000004
【図３】
2006204622.tif 000005
【図４】
2006204622.tif 000006
【図５】
2006204622.tif 000007
【図６】
2006204622.tif 000008
【図７】
2006204622.tif 000009
【図８】
2006204622.tif 000010
【図９】
2006204622.tif 000011