(57)【要約】  本発明は放熱のために後面層１４０に設けられるヒートシンク１５０を含む超音波プローブを提供する。ヒートシンクは、後面層の後面に結合してヒートシンクと後面層の接触面積を増加させる。ヒートシンクは、一側面に熱伝導突起１５１が多数形成され、後面層に形成される熱伝導溝に熱伝導突起が挿入される。それぞれの熱伝導溝はそれぞれの熱伝導突起と相応する形状を有する。熱伝導突起は、バー形状からなることが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
後面層と、
放熱のために前記後面層に設けられるヒートシンクと、
を含む超音波プローブ。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、
前記後面層の後面に結合して前記ヒートシンクと前記後面層の接触面積を増加させる請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、
一側面に熱伝導突起が多数形成され、前記熱伝導突起と相応する形状を有するように前記後面層に形成される熱伝導溝に前記熱伝導突起がそれぞれ挿入される請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記熱伝導突起は、
バー形状からなる請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記熱伝導突起は、
端部が鋭角を形成するように傾斜面が形成される請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記熱伝導突起は、
端部から内側まで延びる挿入溝が形成される請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記挿入溝は、
円錐形状からなる請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記熱伝導突起は、
円錐形状からなる請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記ヒートシンクは、
前記後面層の後面に挿入されて固定されるための挿入部が形成される請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記挿入部は、
コイル形状からなるワイヤである請求項９に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波プローブに関し、具体的には、圧電体の特性低下を抑制して超音波プローブの性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズの発熱を防止することによって、患者との接触面の温度を下げるようにするヒートシンクを有する超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超音波映像装置は大きく、電気及び超音波信号の変換を担当する超音波プローブ、送・受信される信号を処理する信号処理部、そして超音波プローブと信号処理部から得た信号を用いて映像を表示するディスプレイ部からなる。
【０００３】
そのうち、超音波プローブは信号を変換させる役割を果たす部分であって、超音波映像の質を左右する重要な部分である。即ち、超音波プローブは電気エネルギーと音響エネルギーを相互変換させる作用をする。このような超音波プローブが備えなければならない基本条件として、電気-音響変換効率(電気機械結合係数）、超音波パルス(ｐｕｌｓｅ)の特性、及び超音波ビーム(ｂｅａｍ）の焦点特性又は集束性が良くなければならない。
【０００４】
従来、医療用として用いられる超音波プローブを添付の図面を参照して説明すれば、以下の通りである。
【０００５】
図１は、従来技術による医療用超音波プローブを示す断面図である。図に示すように、従来技術による医療用超音波プローブ１０は、患者と接触する前面部から音響レンズ(Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｌｅｎｓ)１１、整合層１２、圧電体１３及び後面層１４が配列される。
【０００６】
音響レンズ１１は、整合層１２の前面に覆われるように形成されて超音波を集束する。
【０００７】
整合層１２は、圧電体１３の超音波の送／受信面の電極上に形成されて超音波の反射率と効率を増加させる。
【０００８】
圧電体１３は、後面層１４の前面に接合され、ＦＰＣＢ(Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ)１５によりメーンＰＣＢに連結され、電気的信号を音響信号である超音波に変換させて空気中に送り出し、空気中から反射されて戻ってくる超音波反射信号を再び電気的信号に変換させて装置に送る。
【０００９】
後面層１４は、ケース１６に位置した状態でシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）の埋め込みにより固定され、後方へ放出される不要な超音波を吸収する。
【００１０】
このような従来の医療用超音波プローブ１０は、用途に応じて大きく２種類に分けられるが、１つは映像診断器に用いられるイメージ用プローブであり、もう１つは癌治療、脂肪分解などのＨｉＦＵ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）治療用システムに用いられる治療用プローブである。
【００１１】
イメージ用超音波プローブは、近年、解像度の増加のために、更に狭い面積に、より多くの素子を装着するようになるので、その素子のサイズが次第に小さくなりつつあるが、小さなサイズの素子は映像診断器とプローブ素子との間の電気インピーダンスの差を大きくさせることによって、超音波に変換できなかった電気エネルギーは熱エネルギーに変わって損失する。
【００１２】
治療用超音波プローブは、イメージ用超音波プローブとは異なり、高い出力が要求されるので、プローブに用いられる素子自体の発熱が増加するようになる。
【００１３】
このような医療用超音波プローブにおける発熱現象は２つの理由から、抑制されなければならない。
【００１４】
第１に、超音波プローブに用いられる圧電体は熱に弱い特性を有するので、継続的に高い温度に露出する場合、特性の低下が現れる。これは、プローブ自体の性能低下、プローブの耐久性の低下などの原因となる。
【００１５】
第２に、超音波プローブは患者と接触して用いられる製品であるので、患者との接触面の温度が制限される。超音波プローブ自体の発熱によって患者との接触面の温度が上昇して制限温度を超えてはならないので、発熱が多い超音波プローブの場合には超音波プローブに印加される電圧を下げて使用しなければならない。これは超音波プローブの出力を低下させるので、これも性能低下の原因となる。
【発明の概要】
【００１６】
［発明の開示］
［技術的課題］
前述した通り、従来技術による医療用超音波プローブは、性能及び耐久性の低下を防止するために、熱の発生を抑制させる方法として、誘電率が大きい圧電素子を用いる方法と、超音波プローブの放熱効率を高める方法が挙げられる。
【００１７】
誘電率の大きい圧電素子を用いる場合、圧電素子とシステムとの間の電気インピーダンスの差が小さくなり、プローブ自体の発熱を下げることができる。しかし、そのために、積層型圧電素子や高誘電率圧電素子を用いる場合、使用できる圧電素子の制限、積層型圧電素子を作る工程の難しさなどの理由から、その効果に限界があるという問題がある。
【００１８】
また、後面層が熱の拡散を増大させるために、熱伝導度が高い材料を用いる場合、後面層が超音波の減衰特性を満たすためには、このような熱伝導度が高い材料を用いることに限界があるという問題がある。特に、超音波プローブの放熱効率を上げようとする場合、患者との接触面への発熱を最大限抑制しながらも、このような放熱構造が超音波プローブの性能に悪影響を及ぼしてはならないという制限が伴う。
【００１９】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超音波プローブが患者との接触面から放出される熱を抑制するように後面へ放熱されるようにし、このような放熱構造が超音波プローブの性能を低下させないようにすることにある。
【００２０】
［課題への解決］
前記目的を達成するために、本発明によるヒートシンクを有する超音波プローブは、超音波プローブにおいて、後面層に放熱のためのヒートシンクが設けられることを特徴とする。
【００２１】
［発明の効果］
本発明によれば、圧電体から発生する熱が後面層を介してヒートシンクに速やかに放出されるようにすることによって、圧電体の特性低下を抑制して超音波プローブの性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズの発熱を防止することで、患者との接触面の温度を下げるようにし、後面層が吸収した超音波が前面へ再反射されないようにして超音波プローブの性能を維持させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による医療用超音波プローブを示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す側断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブのヒートシンクを示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す側断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブのヒートシンクを示す斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す側断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブのヒートシンクを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す側断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブのヒートシンクを示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブを示す側断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブのヒートシンクを示す斜視図である。
【００２３】
［発明の実施形態］
以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明を説明するにおいて、関連する公知となった構成又は機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施形態によるヒートシンク（Ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）１５０を有する超音波プローブ１００を示す斜視図であり、図３は、本発明の第１実施形態によるヒートシンク１５０を有する超音波プローブ１００を示す側断面図である。図に示すように、本発明の第１実施形態によるヒートシンク１５０を有する超音波プローブ１００は、患者と接触する前面部から音響レンズ１１０、整合層１２０、圧電体１３０及び後面層１４０が配列され、後面層１４０にヒートシンク１５０が設けられる。
【００２５】
音響レンズ１１０は、整合層１２０の前面に覆われるように形成されて超音波を集束する。
【００２６】
整合層１２０は、圧電体１３０の超音波の送／受信面の電極上に形成されて超音波の反射率と効率を増加させる。
【００２７】
圧電体１３０は、後面層１４０の前面に接合され、ＦＰＣＢ１６０によりメーンＰＣＢ(図示せず）に連結される１次電極と２次電極が両側面にそれぞれ設けられ、電気的信号を音響信号である超音波に変換させて空気中に送り出し、空気中から反射されて戻ってくる超音波反射信号を再び電気的信号に変換させて装置に送る役割を果たす。
【００２８】
後面層１４０は、放熱のためのヒートシンク１５０と結合され、後方へ放出される不要な超音波を吸収するが、ヒートシンク１５０との結合のために、ヒートシンク１５０にモールディングにより成形製作されることができる。
【００２９】
ヒートシンク１５０は、熱伝導度が高い材質、例えば、アルミニウム(Ａｌ）、銅(Ｃｕ）などの金属で製作され、後面層１４０の後面１４１、即ち、後面層１４０で圧電体１３０が接合される側の反対面に固定され、ケース１7０に位置した状態でシリコンの埋め込みにより固定される。
【００３０】
ヒートシンク１５０は、後面層１４０からの熱伝導性を高めるために、後面層１４０の後面に結合してヒートシンク１５０と後面層１４０との接触領域を増加させることが好ましく、そのために、本体１５１の一側面に後面層１４０から熱が伝導されるための熱伝導突起１５２が多数形成されることによって、熱伝導突起１５２と相応する形状を有するように後面層１４０に形成される熱伝導溝１４２に熱伝導突起１５２がそれぞれ挿入される。従って、後面層１４０は、熱伝導溝１４２が熱伝導突起１５２と相応する形状を有することによって、熱伝導溝１４２と熱伝導突起１５２の密着度を高め、それにより、後面層１４０とヒートシンク１５０との間の熱伝導効率を上げる。
【００３１】
熱伝導突起１５２は、図４に示すように、バー（Ｂａｒ）形状からなり、熱伝導溝１４２を通じて接続される後面層１４０との接触面積を最大化させる。
【００３２】
このような構成を有する本発明の第１実施形態によるヒートシンク１５０を有する超音波プローブ１００は、圧電体１３０から発生した熱が後面層１４０を介してヒートシンク１５０に伝導されて放出されることによって、後面層１４０への熱拡散速度を高めるようになる。特に、後面層１４０の熱伝導溝１４２のそれぞれにヒートシンク１５０の熱伝導突起１５２が結合される構造を有することによって、後面層１４０とヒートシンク１５０との間の接触面積が拡大することで、後面層１４０からヒートシンク１５０への熱伝導効率を向上させる。
【００３３】
このように、圧電体１３０から発生した熱がヒートシンク１５０を通じて速やかに放出されることによって、圧電体１３０を熱から保護して特性の低下を防止すると共に、後面層１４０が超音波の減衰特性をそのまま維持するようにし、それにより、超音波プローブ１００自体の性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズ１１０への熱伝導を減少させることで、患者との接触面の温度を低下させる。
【００３４】
図５は、本発明の第２実施形態によるヒートシンク２５０を有する超音波プローブ２００を示す斜視図であり、図６は、本発明の第２実施形態によるヒートシンク２５０を有する超音波プローブ２００を示す側断面図である。図に示すように、本発明の第２実施形態によるヒートシンク２５０を有する超音波プローブ２００は、患者と接触する前面部から音響レンズ２１０、整合層２２０、圧電体２３０及び後面層２４０が配列され、後面層２４０にヒートシンク２５０が設けられる。本実施形態において、ヒートシンク２５０を除いた構成は第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００３５】
ヒートシンク２５０は、後面層２４０との接触面積を広くするために、本体２５１の一側面に熱伝導突起２５２が多数垂直に形成されることによって、後面層２４０の熱伝導溝２４２にそれぞれ挿入されて結合されるが、図７に示すように、熱伝導突起２５２はバー形状からなり、端部が鋭角を形成するように傾斜面２５２ａを有する。
【００３６】
一方、後面層２４０は、熱伝導溝２４２が熱伝導突起２５２と相応する形状を有することによって、熱伝導突起２５２の表面全体と接続される構造を有する。
【００３７】
このような構成を有する本発明の第２実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ２００は、圧電体２３０から発生した熱が後面層２４０を介してヒートシンク２５０に速やかに伝導されて放出されることによって、圧電体２３０の特性低下を防止して超音波プローブ２００自体の性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズ２１０の温度の減少による患者との接触面の温度を下げるようになる。
【００３８】
また、図６に示すように、後面層２４０が吸収した超音波がヒートシンク２５０の熱伝導突起２５２に形成される傾斜面２５２ａにより側方向の後面層２４０に反射されることによって、前面へ再反射されるのを抑制させて後面層２４０内に吸収されて消滅するようにする。従って、超音波の後面反射音の吸収という後面層２４０の本来の目的を達成するようにして超音波プローブ２００の性能低下を防止する。
【００３９】
図８は、本発明の第３実施形態によるヒートシンク３５０を有する超音波プローブ３００を示す側断面図であり、図９は、本発明の第３実施形態による超音波プローブ３００のヒートシンクを示す斜視図である。図に示すように、本発明の第３実施形態によるヒートシンク３５０を有する超音波プローブ３００は、患者と接触する前面部から音響レンズ３１０、整合層３２０、圧電体３３０及び後面層３４０が配列され、後面層３４０にヒートシンク３５０が設けられる。本実施形態において、ヒートシンク３５０を除いた構成は第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００４０】
ヒートシンク３５０は、後面層３４０との接触面積を広くするために、本体３５１の一側面に熱伝導突起３５２が多数垂直に形成されることによって、後面層３４０の熱伝導溝３４２にそれぞれ挿入されて結合されるが、熱伝導突起３５２はバー形状からなり、端部から内側まで延びる挿入溝３５２ａが形成される。
【００４１】
挿入溝３５２ａは、後面層３４０が吸収した超音波がヒートシンク３５０により前面へ再反射されるのを防止するために円錐形状からなる。
【００４２】
一方、後面層３４０は、熱伝導溝３４２が熱伝導突起３５２と相応する形状を有することによって、熱伝導突起３５２の表面全体と接続される構造を有する。即ち、熱伝導溝３４２は、熱伝導突起３５２が挿入される形状を有すると共に、挿入溝３５２ａに挿入されるための挿入突起３４２ａが内側に形成される。
【００４３】
このような構成を有する本発明の第３実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ３００は、圧電体３３０から発生した熱が後面層３４０を介してヒートシンク３５０に速やかに伝導されて放出されることによって、圧電体３３０の特性低下を防止して超音波プローブ３００自体の性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズ３１０の温度の減少による患者との接触面の温度を下げるようになる。
【００４４】
また、後面層３４０が吸収した超音波がヒートシンク３５０の挿入溝３５２ａ内で反射を繰り返して相殺することにより消滅し、前面へ再反射されるのを減少させ、これにより、超音波プローブ３００の性能低下を防止する。
【００４５】
図１０は、本発明の第４実施形態によるヒートシンク４５０を有する超音波プローブ４００を示す側断面図であり、図１１は、本発明の第４実施形態による超音波プローブ４００のヒートシンク４５０を示す斜視図である。図に示すように、本発明の第４実施形態によるヒートシンク４５０を有する超音波プローブ４００は、患者と接触する前面部から音響レンズ４１０、整合層４２０、圧電体４３０及び後面層４４０が配列され、後面層４４０にヒートシンク４５０が設けられる。本実施形態において、ヒートシンク４５０を除いた構成は第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００４６】
ヒートシンク４５０は、後面層４４０との接触面積を広くするために、本体４５１の一側面に熱伝導突起４５２が多数垂直に形成されることによって、後面層４４０に熱伝導突起４５２と相応する形状を有する熱伝導溝４４２にそれぞれ挿入されて結合されるが、熱伝導突起４５２は後面層４４０が吸収した超音波を前面へ再反射するのを抑制するために円錐形状からなる。
【００４７】
一方、後面層４４０は、熱伝導溝４４２が熱伝導突起４５２と相応する形状、即ち、円錐形状を有することによって、熱伝導突起４５２の表面全体と接続される構造を有する。
【００４８】
このような構成を有する本発明の第４実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ４００は、以前の実施形態と同様に、圧電体４３０から発生した熱が後面層４４０を介してヒートシンク４５０に速やかに伝導されて放出されるようにすることによって、圧電体４３０の特性低下を防止して超音波プローブ４００自体の性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズ４１０の温度の減少による患者との接触面の温度を下げるようになる。
【００４９】
また、後面層４４０が吸収した超音波がヒートシンク４５０の円錐状の熱伝導突起４５２に反射されることによって、前面へ再反射されず、熱伝導突起４５２の側方向に位置する後面層４４０に再吸収されることで、相殺により消滅し、それにより、超音波プローブ４００の性能低下を防止する。
【００５０】
図１２は、本発明の第５実施形態によるヒートシンク５５０を有する超音波プローブ５００を示す側断面図であり、図１３は、本発明の第５実施形態による超音波プローブのヒートシンク５５０を示す斜視図である。図に示すように、本発明の第５実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ５００は、患者と接触する前面部から音響レンズ５１０、整合層５２０、圧電体５３０及び後面層５４０が配列され、後面層５４０にヒートシンク５５０が設けられる。本実施形態において、後面層５４０とヒートシンク５５０を除いた構成は第１実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００５１】
ヒートシンク５５０は、後面層５４０との結合のために後面層５４０の後面５４１に挿入されて固定されるための挿入部５５２が本体５５１の一側面に形成される。
【００５２】
挿入部５５２は、後面層５４０から熱伝導率を高めるようにコイル状からなるワイヤ５５２ａであることが好ましい。
【００５３】
挿入部５５２は多数のコイル状のワイヤ５５２ａを含み、多数のコイル状のワイヤ５５２ａは一例としてヒートシンク５５０の本体５５１に並列に配列されるが、それぞれの両端が本体５５１と一体になるように形成されるか、本体５５１に強制嵌合されることによって、一体をなすようになる。また、コイル状のワイヤ５５２ａは、ヒートシンク５５０の本体５５１上に後面層５４０がモールディングにより成形製作されることによって、後面層５４０の内側に固定され、これにより、ヒートシンク５５０の本体５５１と後面層５４０が互いに結合されるようにし、後面層５４０が吸収した超音波との干渉を最小化して後面層５４０の前面へ超音波が再反射するのを抑制する。
【００５４】
このような構成を有する本発明の第５実施形態によるヒートシンクを有する超音波プローブ５００は、以前の実施形態と同様に、圧電体５３０から発生した熱が後面層５４０を介してヒートシンク５５０に速やかに伝導されて放出されるようにすることによって、圧電体５３０の特性低下を防止して超音波プローブ５００自体の性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズ５１０の温度を減少させる。特に、後面層５４０に挿入されたコイル状のワイヤ５５２ａが後面層５４０からヒートシンク５５０への熱伝導通路を拡大させる役割を果たすことによって、熱伝導効率を高める。
【００５５】
また、後面層５４０が吸収した超音波がコイル状のワイヤ５５２ａの間を通過するようになることによって、超音波が後面層５４０の前面へ再反射されるのを抑制して超音波プローブ５００の性能低下を防止する。
【００５６】
以上のように、本発明の好適な実施形態によれば、圧電体から発生する熱が後面層を介してヒートシンクに速やかに放出されるようにすることによって、圧電体の特性低下を抑制して超音波プローブの性能及び耐久性の低下を防止し、音響レンズの発熱を防止することによって、患者との接触面の温度を下げるようにする。
【００５７】
また、後面層が吸収した超音波が前面へ再反射されないようにして超音波プローブの性能を維持させるようにし、熱伝導突起が吸収した超音波を前面へ再反射しない形状を有することによって、前面への再反射の可能性により圧電体の近くに装着できない短所を克服して後面層への熱伝導を最大化できる。
【００５８】
上述した通り、本発明の詳細な説明で具体的な実施形態について説明したが、本発明の技術が当業者によって容易に変形実施される可能性は自明であり、斯かる変形された実施形態は、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれると言える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2011528929.tif 000014
【図１３】
2011528929.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2011528929.tif 000016
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2011528929.tif 000017
【国際調査報告】
2011528929.tif 000018
2011528929.tif 000019