(57)【要約】【課題】超音波探触子を能動的に冷却するための技法を提供する。【解決手段】物体を撮像するための超音波システム（１０）を提供する。本超音波システム（１０）は、超音波データを収集するための超音波探触子（５２）と、該超音波探触子（５２）からの熱を能動的に除去するための冷却サブシステム（５４）と、を含む。冷却サブシステム（５４）は、冷却剤（６４）を包含するリザーバ（６８）の内部に配置されると共に、コンジット（６６）を介して冷却剤（６４）を超音波探触子（５２）内に循環させるように構成されたポンプ（６２）を含む。【選択図】図２
2008149135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波データを収集するための超音波探触子（５２）と、
前記超音波探触子（５２）からの熱を能動的に除去するための冷却サブシステム（５４）であって、該冷却サブシステム（５４）はコンジット（６６）を介して冷却剤（６４）を該超音波探触子（５２）内に循環させるように構成されたポンプ（６２）を備えており、該ポンプ（６２）は冷却剤（６４）を包含したリザーバ（６８）の内部に配置されている冷却サブシステム（５４）と、
を備える超音波システム（１０）。
【請求項２】
前記冷却サブシステム（５４）はさらに、前記コンジット（６６）の高圧力部分内に圧力振動を抑制するためのコンプライアント素子（７６）を備える、請求項１に記載の超音波システム（１０）。
【請求項３】
前記冷却サブシステム（５４）はさらに、前記コンジット（６６）内部に累積した過剰圧力を解放するための過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）を備えており、該過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）は前記冷却剤（６４）に対するバイパス経路（８８、９２）の提供に基づいている、請求項１に記載の超音波システム（１０）。
【請求項４】
超音波データを収集するための超音波探触子（５２）と、
前記超音波探触子（５２）からの熱を能動的に除去するための冷却サブシステム（５４）であって、
コンジット（６６）を介して冷却剤（６４）を前記超音波探触子（５２）内に循環させるように構成されたポンプ（６２）と、
前記コンジット（６６）の高圧力部分内にある圧力振動を抑制するためのコンプライアント素子（７６）と、
を備える冷却サブシステム（５４）と、
を備える超音波システム（１０）。
【請求項５】
前記冷却サブシステム（５４）はさらに、前記コンジット（６６）内部に累積した過剰圧力を解放するための過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）を備えており、該過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）は前記冷却剤（６４）に対するバイパス経路（８８、９２）の提供に基づいている、請求項４に記載の超音波システム（１０）。
【請求項６】
装置を能動的に冷却するためのシステム（５４）であって、
コンジット（６６）を介して冷却剤（６４）を該装置内に循環させるように構成されたポンプ（６２）と、
前記コンジット（６６）の高圧力部分内にある圧力振動を抑制するためのコンプライアント素子（７６）と、
備えるシステム（５４）。
【請求項７】
前記ポンプ（６２）は前記冷却剤（６４）を包含したリザーバ（６８）の内部に配置されている、請求項６に記載のシステム（５４）。
【請求項８】
前記コンジット（６６）内部に累積した過剰圧力を解放するための過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）をさらに備えており、該過剰圧力逃がしシステム（８４、８６）は前記冷却剤（６４）に対するバイパス経路（８８、９２）の提供に基づいている、請求項６に記載のシステム（５４）。
【請求項９】
装置を能動的に冷却するための方法であって、
コンジット（６６）を介して装置内に冷却剤（６４）を循環させる工程と、
コンプライアント素子（７６）を介して前記コンジット（６６）の高圧力部分内の圧力振動を抑制する工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記冷却剤（６４）に対するバイパス経路（８８、９２）を介して前記コンジット（６６）内部に累積した過剰圧力を解放する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的にはヒトの解剖構造の超音波撮像に使用される超音波探触子に関し、さらに詳細には超音波探触子を能動的に冷却するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像システムは医学的撮像及び診断の分野においてよく見られるようになった。典型的には超音波撮像システムは、患者に当てるように保持される音響探触子（超音波探触子）を含む。この探触子は探触子ハウジング内部にある音響トランスジューサを含む。各トランスジューサは、超音波を送受信して患者の内部組織の撮像を容易にするような圧電材料または静電気素子から製作される。送受信の間に音響エネルギーの解放と吸収が交代するため、音響損失が熱に変換されることに由来して探触子内に熱ビルドアップが生じる。
【０００３】
超音波システムから得られる動作性能を最大にするためには、米国食品医薬品局により認可された音響強度など許容可能な最大音響強度で音響探触子及びこれに関連するトランスジューサを動作させることが望ましいことがある。これによれば、音響波の透過を増大させることによって超音波画像の品質を向上させ、与えられたシステム及びトランスジューサに関する信号対雑音比を最大化すること、並びに撮像性能が許容可能な音響強度をフルに放出できないことによる制約を受けないように保証することが可能となる。しかし、音響探触子及びこれに関連するトランスジューサをより高い音響強度で動作させることには、トランスジューサアセンブリ内に過剰な熱を発生させることがあるという欠点がある。超音波探触子の外面上で許容し得る熱の累積量は定められた限度内としなければならない。撮像手技を実施する間の患者や技師に接触する点における音響探触子の最大許容可能な外部／表面温度に対しては実用上及び規制上の限度が存在する。これらの目標に対する適合は最終的には、探触子からの熱を消費できるまたは抽出できる能力に依存する。
【０００４】
さらに超音波探触子の表面温度は、患者に対する危害やオペレータに対する不快感を回避するように十分に低くなければならない。患者並びに技師は一般に、撮像中に心地よい低温の探触子と接触している方を好む。さらに、内部温度が上昇するとトランスジューサの構成要素の動作特性に悪影響を及ぼし、その効率及び／または動作能力を低下させることがある。例えば探触子内の制御回路の一部として利用されることがあるＣＭＯＳ集積回路は、より低い温度の方がより高速かつ効率よく動作する。
【０００５】
さらに、トランスジューサ素子の製作に利用されるのが典型的である材料は主にその音響特性に基づいて選択されており、また一般的に比較的低い固有熱伝導率を有することが分かっていることは当業者であれば理解されよう。トランスジューサアセンブリが低熱伝導性であるため、探触子の過熱が生じることがある。さらに、探触子の動作によって発生した熱の大部分は、検査中の患者の身体のごく近くで探触子内に配置する必要があるトランスジューサ素子のごく周囲に累積する傾向がある。さらにトランスジューサ素子は一般に、トランスジューサ素子の追加的な断熱性を提供する溝を切り込むことによって互いに隔絶させている。したがって、トランスジューサ素子の内部で発生した熱は音響スタック内にトラップされ、探触子の表面温度を周囲温度を超えて上昇させる。一般に、超音波探触子の接触面の過熱を回避するためにトランスジューサ素子のアレイ内にトラップされる熱を消費すると有利である。
【０００６】
従来では、トランスジューサ構造内に埋め込んで発生源からの熱を探触子構造の体部内にできる限り迅速に転送するような熱導体などの比較的簡単なデバイスを用いて超音波探触子の熱管理が実現されている。例えばトランスジューサアレイを囲繞する探触子ハウジングの内部体積は、熱伝導性注封材料（例えば、エポキシ内に植え込まれた熱伝導性セラミック顆粒）で満たされることがある。この注封材料は、その製作を安定化させると共に、トランスジューサ素子アレイのパルス動作中に発生した熱を探触子表面／トランスジューサ表面から探触子の内部／後方に向かって消費させる支援をする。この方法では、探触子の前側臨界表面から、その質量が大きいことによって自然対流による熱の均等な消費に役立つ箇所であるハンドルまで熱が伝達される。
【０００７】
従来の超音波探触子内では電子部品の量が典型的には十分少ないため、探触子温度を規制限界内に納めるのは自然対流で十分である。探触子の過熱を回避するためには、探触子内で患者接触面の近くにサーミスタや別の温度検知デバイスを含み、これによって過熱が生じた際に探触子に対する電気出力及び励起を低下させるまたは終了させることが一般的なやり方である。
【０００８】
しかし、超音波トランスジューサ技術はより多くの素子点数を用いた探触子へと急速に展開しつつある。このことによって一方、より多くのケーブル引き回しや軽量材料を必要とすると共に、個々の素子と超音波撮像システムの間の相互接続の製造性が課題となる。パーケージ処理技術に関するこの負担には、半導体内での高レベルの回路集積に関する可用性が加わる。トランスジューサ内の小型の素子とシステム内の検知用電子部品との間の電気インピーダンスの不整合のために、探触子ハンドル内部に能動的電子部品を設けるための様々な手段が開発されてきた。電子技術が進展するに連れて、より多くの能動的回路を検出信号の発生源のできる限り近傍に配置することが予測される。
【０００９】
半導体技術を診断用超音波トランスジューサに適用することによって、これらのデバイスの設計及び製作に新たな局面が作り出された。これらの製品は従来では受動的電子回路及び圧電セラミックセンサから構成されているが、このトランスジューサは現在、能動的前置増幅器、送信器、レーザー、さらに最終的にはＡ／Ｄ変換器及び恐らくディジタル信号プロセッサに対するホストとなっている。これは探触子における動作電力要件を大幅に増大させる。この動作電力の増加は必然的に動作温度の上昇につながる。従来の「ハンドへルド型」超音波探触子にこの技術を追加すると、能動的デバイスが発生させる熱を処分しようとする機械設計者の能力に対して極度の負担を生じさせ、これによって探触子内部の熱管理の問題を悪化させることになる。最高品質の画像を作成するために、探触子の電力を規制限界に近づくように管理して探触子の熱出力を管理することが必要となる。
【００１０】
したがって能動的デバイスの出現によって、上述の熱導体の使用ではトランスジューサ内における熱負荷の処理がもはや十分でなくなる。ハンドル内により多くの電子部品を備えた超音波探触子はより大量の熱を消費させる必要があり、これによって規制温度要件を満たすには自然対流を超える冷却が必要となる。例えば、目下のところ利用可能な簡単なデバイスが消費する熱負荷は概ね１ワットである。休止モードで３ミリワットを消費するシステムに前置増幅器を導入すると、３０００素子の探触子ではその熱負荷が９ワットだけ増加し、全体で１０ワットとなる。電流設計は患者接触部位の温度によって制限されることがあるため、この種の熱出力増加に対応するだけのマージンはほとんどない。したがって、より大量の熱の消費が可能な熱転送機構を提供することが必要とされている。
【００１１】
超音波探触子の熱管理を強化するように提唱された技法は典型的には、閉ループ循環冷却システムなどの内蔵型冷却システム、熱電気冷却器、蒸発器／凝縮器システム、超音波トランスジューサ構造の周囲に冷却液を循環させるためのチャンネルその他を含む。これらの技法は一般に探触子の表面温度を十分に低下させることに成功している。しかしこれには、トランスジューサアセンブリの音響性能を犠牲にして得ているものが多い。例えば、ポンピングした冷却流体からの振動が画像の品質を劣化させることがある。同様に、動作時の圧力変動がポンプ／チューブを損傷させることがある。さらに、冷却流体のポンプからの漏れが冷却システムの寿命を不利益に短縮させることがある。最大許容可能な音響強度で動作できることが望ましく、またさらに内部トランスジューサ動作温度並びに探触子の表面の患者及びユーザが触れる部分の表面温度分布を制御することが望ましい場合、トランスジューサ設計の中で熱設計が重要な検討事項の１つとなる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１９７７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、探触子の表面温度を規制限界域内に維持しながらより高い送信電力で探触子を動作させることによって高品質の診断用撮像を容易にするように、超音波探触子を能動的に冷却するための高効率かつ費用対効果のよい技法を提供することが望ましい。さらに、ポンプからの冷却流体に関する振動、圧力変動及び漏れを低減させて、画質並びに冷却システムの寿命を向上させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
簡単に述べると本技法の一態様では、超音波システムを提供する。本超音波システムは、超音波データを収集するための超音波探触子と、超音波探触子からの熱を能動的に除去するための冷却サブシステムと、を含む。この冷却サブシステムは、冷却剤を包含したリザーバの内部に配置させると共に、コンジットを介して冷却剤を超音波探触子に循環させるように構成させたポンプを含む。
【００１４】
本技法の別の態様では、超音波システムを提供する。本超音波システムは、超音波データを収集するための超音波探触子と、該超音波探触子からの熱を能動的に除去するため冷却サブシステムと、を含む。この冷却サブシステムは、コンジットを介して冷却剤を超音波探触子に循環させるように構成されたポンプと、コンジットの高圧力部分内にある圧力振動を抑制するためのコンプライアント素子と、を含む。
【００１５】
本技法の追加的な態様では、装置を能動的に冷却するためのシステムを提供する。本システムは、コンジットを介して冷却剤を装置に循環させるように構成されたポンプと、コンジットの高圧力部分内にある圧力振動を抑制するためのコンプライアント素子と、を含む。
【００１６】
本技法のまた別の態様では、装置を能動的に冷却するための方法を提供する。本方法は、コンジットを介して冷却剤を装置に循環させる工程と、コンプライアント素子を介してコンジットの高圧力部分内の圧力振動を抑制する工程と、を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に関するこれらの特徴、態様及び利点、並びにその他の特徴、態様及び利点については、同じ参照符号が図面全体を通じて同じ部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによってより理解が深まるであろう。
【００１８】
本技法は全般的には超音波探触子向けの統合型冷却システムを目的とする。こうした統合型冷却システムは、Ｘ線管、電子デバイス、電気及び機械的装置その他などの高効率かつ費用対効果のよい熱管理を必要とするような多種多様なデバイスや装置において有用となり得る。本検討では超音波探触子のコンテキストの例を提供しているが、当業者であればこれらの統合型冷却システムの別のコンテキストでの利用も十分に本技法の趣旨域内にあることを容易に理解されよう。本出願では、撮像する「対象（ｓｕｂｊｅｃｔ）」並びに撮像する「物体（ｏｂｊｅｃｔ）」に言及していることに留意すべきである。これらの用語は相互に排他的でないためこれら用語の使用は置き換え可能であり、添付の特許請求の範囲の趣旨を限定することを意図したものではない。これらの用語はヒトや動物とする患者を示すこと、あるいは製造プロセスに関するものなどデバイス、物体または構成要素を示すことがある。
【００１９】
ここで図１を参照すると、本技法の態様による例示的な超音波システム１０の概要図を表している。超音波システム１０は、収集サブシステム１２及び処理サブシステム１４を含む。収集サブシステム１２は、対象１６内に超音波信号を送信し、対象１６から後方散乱された超音波信号を受信する。次いで収集した超音波信号は、処理サブシステム１４によって処理され対象１６の画像が作成される。
【００２０】
収集サブシステム１２は、撮像手技中に患者または対象１６と接触させるトランスジューサアセンブリ１８（典型的には、音響トランスジューサアセンブリ）を含む。トランスジューサアセンブリ１８はチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、２フッ化ポリビニリデン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）及びＰＺＴ複合材（ただし、これらに限らない）などの材料から製作された複数のトランスジューサアレイ素子を備えることは当業者であれば理解されよう。トランスジューサアセンブリ１８は２方向トランスジューサであり、対象１６内に超音波を送信しこれからエネルギーを受信するように構成されていることに留意すべきである。送信モードではトランスジューサアレイ素子は、電気エネルギーを超音波に変換してこれを対象１６内に送信する。受信モードではトランスジューサアレイ素子は対象から受信した超音波エネルギー（後方散乱波）を電気信号に変換する。
【００２１】
収集サブシステム１２はさらに、送信／受信切替回路２０、送信器２２、受信器２４及びビーム形成器２６を含む。送信／受信（Ｔ／Ｒ）切替回路２０は、トランスジューサアレイ１８を送信モードまたは受信モードに切り替えるためにトランスジューサアレイ１８と結合させている。対象１６内に送信するための超音波を発生させるために、処理サブシステム１４は送信コマンドデータをビーム形成器２６に送っている。ビーム形成器２６は送信コマンドデータを受け取ると、トランスジューサアレイ１８の表面位置のある点から所望のステアリング角で発生されるような所望の形状をもつビームを生成させる送信パラメータを作成する。次いでビーム形成器２６はこの送信パラメータを送信器２２に送る。送信器２２はこの送信パラメータを用いて送信信号を適正にエンコードしてこれをＴ／Ｒ切替回路２０を介してトランスジューサアレイ１８に送っている。この送信信号は、互いに対してあるレベル及び位相を有するように設定されてトランスジューサアセンブリ１８の個々のトランスジューサ素子に提供される。この送信信号は、トランスジューサ素子を励起させて同じ位相及びレベルの関係をもった超音波を送出する。その結果、トランスジューサアセンブリ１８を例えば超音波ジェルを用いて対象１６に音響結合させたときに、走査線に沿った走査面内部の対象１６内に超音波エネルギーのビームが形成される。この処理は電子走査と呼ばれる。
【００２２】
次いで送信された超音波は、対象１６内部の組織や血液試料によって後方散乱される。トランスジューサアレイ素子は、その音波を戻した組織までの距離並びにその音波が戻された位置のトランスジューサアセンブリ１８の表面に対する角度に応じて、この後方散乱波を様々な時点で受信する。上で述べたように、このトランスジューサアレイ素子は対象１６から後方散乱された超音波信号を受け取りこれを電気信号に変換する。次いでこの電気信号は、Ｔ／Ｒ切り替え回路２０を経由して受信器２４に至る。受信器２４は、この受信信号を増幅しかつディジタル化すると共に、利得補償などの別の機能を提供する。各トランスジューサ素子が様々な時点で受信した後方散乱超音波に対応するディジタル化された受信信号は、後方散乱音波の振幅及び位相情報を保持している。次いでこのディジタル化信号はビーム形成器２６を介して処理サブシステム１４に送られる。処理サブプロセッサ１４は受信コマンドデータをビーム形成器２６に送っている。ビーム形成器２６は、トランスジューサアセンブリ１８の表面上のある点に典型的に対応するステアリング角並びに走査線に沿って送信された直前の超音波ビームのステアリング角でこの点から発せられる受信ビームを形成させるためにこの受信コマンドデータを使用する。ビーム形成器２６は、制御プロセッサ２８からのコマンドデータの命令に従って時間遅延及び集束を実行し、対象１６内部で走査面内の走査線に沿ったサンプルボリュームに対応する受信ビーム信号を生成することによって、適当な受信信号に対する操作を行っている。様々なトランスジューサ素子からの受信信号の位相、振幅及びタイミング情報を使用して受信ビーム信号が生成される。
【００２３】
処理サブシステム１４は、制御プロセッサ２８、復調器３０、撮像モードプロセッサ３２、走査変換器３４及び表示プロセッサ３６を含む。制御プロセッサ２８は、撮像モードプロセッサ３２、走査変換器３４及び表示プロセッサ３６とインタフェース接続されている。さらに制御プロセッサはビーム形成器２６に送信及び受信コマンドデータを送る役割をする。復調器３０はこの受信ビーム信号に対して復調を実行し、走査面内部のサンプルボリュームに対応するＩ及びＱの復調データ値の対が生成される。復調は受信ビーム信号の位相及び振幅を基準周波数と比較することによって実施される。Ｉ及びＱの復調データ値は、受信信号の位相及び振幅情報を保持している。
【００２４】
復調されたデータは撮像モードプロセッサ３２に転送される。撮像モードプロセッサ３２はパラメータ評価技法を用いて復調データから走査シーケンス形式で撮像パラメータ値を作成する。この撮像パラメータは、例えばＢモード、カラー速度モード、スペクトルドプラモード、組織速度撮像モードなど可能な様々な撮像モードに対応するパラメータを含むことがある。撮像パラメータ値は走査変換器３４に送られる。走査変換器３４は、走査シーケンス形式から表示形式に変換することによってパラメータデータを処理する。この変換には、パラメータデータに対して補間演算を実行し表示画素データを表示形式で作成することを含む。
【００２５】
走査変換された画素データは表示プロセッサ３６に送られ、走査変換画素データに対する最終的な任意の空間または時間フィルタ処理の実行、走査変換画素データに対するグレイスケールまたは色相の付与、並びにモニタ３８上に表示するためのディジタル画素データのアナログデータへの変換が行われる。ユーザインタフェース４０はモニタ３８上に表示されたデータに基づいてユーザが超音波システム１０とインタフェースを取れるようにするために制御プロセッサ２８と結合させている。
【００２６】
表示プロセッサ３６はさらに、画像を表示させるために表示モニタ３８に結合されている。ユーザインタフェース４０は制御プロセッサ２８及び表示モニタ３８と対話する。制御プロセッサ２８はさらに、ウェッブサーバ４４及びリモート接続インタフェース４６を含むリモート接続サブシステム４２と結合させることがある。処理サブシステム１４はさらに、超音波画像データを受け取るように構成させたデータリポジトリ４８と結合させることがある。データリポジトリ４８は撮像ワークステーション５０と対話する。
【００２７】
上述の構成要素はディジタル信号プロセッサを有する回路基板などの専用のハードウェア素子とすることがあり、あるいは商用で市販のパーソナルコンピュータなど汎用のコンピュータやプロセッサ上または特殊ワークステーション上で動作するソフトウェアとすることがある。様々な構成要素は本発明の様々な実施形態に従って組み合わせることや分離させることができる。したがって当業者であれば、本超音波システム１０が一例として提供されたものであり、本技法はいかなる意味においてもこの特定のシステム構成による限定を受けるものではないことを理解されよう。
【００２８】
収集サブシステム１２の構成要素の大部分と処理サブシステム１４の構成要素の一部は、可搬式の超音波探触子の内部に収容されることがあることは当業者であれば理解されよう。さらに本技法の態様に従って超音波探触子からの熱を能動的に除去するため、超音波探触子内部に冷却サブシステムが配置されることがある。
【００２９】
図２は、本技法の態様による内蔵型冷却サブシステム５４を利用している超音波探触子５２の概要図である。図示したように、超音波探触子５２は、対象１６に超音波信号を送信し該対象１６からの信号を受信することによって超音波データを収集するために、トランスジューサアセンブリ１８及びこれに関連する電子部品を含む。関連する電子部品は探触子回路基板５６上に装着されることがある。超音波探触子５２は超音波コンソール５８によって制御されており、この超音波コンソール５８によって撮像シーケンスのための電力、収集パラメータ、制御信号その他が提供される。超音波コンソール５８は典型的には、探触子コネクタ６０を介して超音波探触子５２（さらに具体的には、探触子回路基板５６）に結合させており、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、並びに制御動作及び処理動作を実行するように設計したその他のデバイスを含むことがある。さらに超音波コンソール５８は、探触子コネクタ６０を介して冷却サブシステム５４に電力を供給している。さらに超音波コンソール５８は、キーボード及び／または別の入力デバイスを介したオペレータからのコマンド及び走査パラメータを受け取るように構成されることがある。これによってオペレータは、超音波コンソール５８を介して超音波システム１０を制御することができる。したがってオペレータは、超音波画像並びにシステムに関連するその他のデータの観察、撮像の開始、その他を実施することができる。
【００３０】
冷却サブシステム５４は超音波探触子５２内部に収容されると共に、コンジット６６を介して冷却剤６４を超音波探触子５２を通るように（探触子ユニット、探触子ハンドル及び探触子コネクタの間を）循環させるように構成させたポンプ６２を含む。ある種の実施形態では、ポンプ５８を冷却剤６４を包含したリザーバ６８の内部に配置させることがある。リザーバ６８は冷却剤６４で部分的に満たすことや完全に満たすことがあり、またポンプ６２は冷却剤６４内に浸漬させることや部分的に浸漬させることがあることに留意すべきである。別法としてポンプ６２はリザーバ６８の内部にはあるが、依然として冷却剤６４内には浸漬していないことがある。典型的には、ある種のポンプ６２は冷却剤をポンピングする間に大量のリークを生じる傾向があるコンプライアント隔壁を用いて製作され、このため製品寿命全体にわたって不合理に多くの冷却剤量が必要となることがある。リザーバの内部にポンプを配置することによって、製品寿命中における冷却剤の交換の必要性が最小限となり、これによって冷却サブシステムをより高信頼性とすることができることは当業者であれば理解されよう。隔壁から何らかの漏れがあっても簡単にリザーバにリサイクルさせることができ、冷却システムから失われることがない。さらにこの冷却流体によれば、ポンプとリザーバの間に良好な熱転送が提供され、これによってポンプのより高効率な冷却が可能となる。さらに、ジョイント位置での冷却剤損失を低減するための様々な手段が利用されることがある。例えばコンジットは、様々なジョイント位置で留め具によって固定または確保させることがある。これらの留め具には、熱収縮配管、Ｏリング及び金属製口輪（ただし、これらに限らない）を含むことがある。ある種の実施形態では、ぜん動式（ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ）ポンプなどの非リーク性のポンプを利用して冷却剤６４を超音波探触子５２を通るように循環させることがある。
【００３１】
ある種の実施形態では、冷却剤レベルがある所定のレベル未満に低下したときに追加の冷却剤に関する要件を指示するために、リザーバの内部で冷却剤レベルを監視または計測するための流体レベルセンサ（図示せず）を利用することがあることは当業者であれば理解されよう。この冷却剤レベルは、直接キャパシタンスゲージを計測することによっても、イメージャのドプラ信号プロセッサの一部分を使用することによっても決定することができる。冷却剤の損失を補償するために冷却剤の補充を可能にするための補充手段が設けられることがある。一実施形態ではその補充手段は、浸透によって冷却剤を補充するようにリザーバ内へのシリコーンまたはバスケットボールバルブ様のオリフィスを含むことがある。さらに、ポンプモータとリザーバの間に音響ノイズを低減するためのシリコーン減衰材料が設けられることがある。
【００３２】
冷却サブシステム５４はさらに、超音波探触子５２からの熱を除去するように超音波探触子５２と熱的に結合させた第１の熱交換器７０を含む。具体的には第１の熱交換器７０は、その熱の大部分がこれらの構成要素内で発生することがあるため、これらの構成要素からの熱を除去するための熱拡散器を通じてトランスジューサアセンブリ１８及び探触子回路基板５６と熱的に結合させている。さらに、冷却剤６４を搬送するコンジット６６は、第１の熱交換器７０からの熱を除去するために第１の熱交換器７０と熱的に結合させている。冷却剤６４はコンジット６６を介して第１の熱交換器７０を通過して流れると共に、この流れている間にトランスジューサアセンブリ１８及び探触子回路基板５６によって加熱を受けた第１の熱交換器６４によって冷却剤６４は加熱される。加熱された冷却剤６４はコンジット６６を通ってコンジット６６と熱的に結合させた第２の熱交換器７２に循環させ、ここで伝導と対流の組み合わせを用いて熱が周辺の気体に搬送される。したがってコンジット６６によって第１の熱交換器７０、第２の熱交換器７２及びポンプ６２の間に閉ループ経路が形成されると共に、この閉ループ経路を通って冷却剤を循環させている。第２の熱交換器７２を冷却するために第２の熱交換器７２の近傍に冷却用ファン７４を配置させることがある。
【００３３】
第１及び第２の熱交換器７０及び７２は平坦な銅シートから製作されることがあることは当業者であれば理解されよう。さらに、この第１及び第２の熱交換器はマルチ区画式の熱交換器とすることがあることに留意すべきである。次いで各区画は、熱源と各それぞれの熱交換器の間の熱抵抗を低下させるように熱源の異なる側に配置されることがある。さらに、冷却効率及び冷却流体体積を最大化するように交差フローリザーバ／熱交換器を設計できることは当業者であれば理解されよう。熱拡散器は、アルミニウム、銅、グラファイト、熱アニーリング熱分解グラファイト（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ａｎｎｅａｌｅｄ  ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｇｒａｐｈｉｔｅ：ＴＰＧ）、その他などの任意の熱伝導性材料とすることができる。電子部品から第１の熱交換器への熱転送を強化するために熱界面材料が設けられることがある。この熱界面材料は、シリコーンパッド、グリース、グラファイトパッド、その他などの任意の熱伝導性界面材料とすることができる。ある種の実施形態では、その冷却剤６４をフッ化炭素などの誘電性液体とすることがある。さらにある種の実施形態では、そのコンジット６６をフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）から製作した薄いプラスチックチューブとすることがある。
【００３４】
上で述べたように、ポンピングを受けた冷却剤６４は動作時に超音波探触子５２内に圧力振動を生じさせることがあり、次いでこれが画像の品質を劣化させることやポンプやチューブを損傷させることがある。このポンプは、ピストンポンプと同様の拍動方式で少量の流体を押し出す。ポンプ外部フローと配管部の間にある種の形態の体積補償を設けないと、拍動を受けたフローによって外部フローチューブ内に振動が生成されることがある。探触子は非機械式であるために振動は望ましくないことがあり、またこのため振動を最小化することが望ましくなる。さらにこの振動はトランスジューサと結合され、超音波画像内にアーチファクトを生じさせることがある。同様の影響はポンプが流体を引き入れる際の取り入れにおいても生ずる可能性があることに留意すべきである。これらの振動を低減するために、ポンプがそこから流体を引き出す蒸気緩衝式膨張チェンバ（ｖａｐｏｒ  ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｃｈａｍｂｅｒ）が組み入れられることがある。ポンプ外部フローの近くに膨張ユニットがあると下流側配管部内における振動が大幅に低減される。
【００３５】
図３〜５は、本技法の態様による冷却システム５４のコンジット６６内部の圧力振動を抑制するための様々な機構を表している。図示したように、圧力振動を抑制するためにコンジット６６の高圧力部分内でコンプライアント素子７６が利用されることがある。例えばある種の実施形態ではそのコンプライアント素子７６は、図３に示すように拍動ポンプピングにより生ずる拍動振動を抑制するようにリザーバ６８内部でポンプ６２のアウトレットの近傍に配置したコンプライアントチューブ（膨張チューブ）とすることがある。コンプライアントチューブが流体リザーバ内に組み入れられることによって、このセクションを通過する任意に浸透によって冷却剤が単純にリザーバに戻される際の冷却剤損失を回避できることに留意すべきである。適当な直径及び長さをもつシリコーンチューブは圧力変動を減衰させ、これによって画像アーチファクトを低減させる。さらに、コンプライアントチューブ全体にわたって金属編組、はんだのはい上がり（ｓｏｌｄｅｒ  ｗｉｃｋ）、あるいはより大直径の低コンプライアント／非コンプライアント配管部を配置させ、チューブがあまり大きく膨張しないようにすることがある。チューブが膨張し始めると、この動きに対する抵抗は極めて小さいことに留意すべきである。金属編組、はんだのはい上がり、またはより大直径の低コンプライアント／非コンプライアント配管部は、その膨張をチューブの別の部分に移動させ、正帰還条件によるチューブのさらなる膨張をさせなくするのに役立つ。
【００３６】
別法としてある種の実施形態では、そのコンプライアント素子７６は圧力振動を抑制するために２リザーバ式システムを含むことがある。図４及び図５に示すように、この２リザーバ式システムは流入コンジット６６を受け入れるためのインレットリザーバ７８と、流出コンジットがそこから開始されるアウトレットリザーバ８０と、を含むことがある。リザーバ７８及び８０はいずれも、冷却剤６４で部分的に満たされると共にポンプ６２及びコンジット８２を介して互いに接続されている。コンプライアント素子７６は圧力振動を抑制させるような別の配列を含むことがあることは当業者であれば理解されよう。例えばある種の実施形態では、冷却剤６４で部分的に満たされたリザーバ６８の内部にある冷却剤６４と空気／蒸気の間、あるいは冷却剤６４と外部環境の間の境界がコンプライアント素子７６として作用することがある。同様にある種の実施形態では、冷却剤６４で部分的に満たされたリザーバ６８の内部にある冷却剤６４と空気／蒸気の間、あるいは冷却剤６４と外部環境の間にある膜やベローズなどのコンプライアント構造がコンプライアント素子７６として作用することがある。
【００３７】
超音波オペレータが探触子ハンドルをコンソールに接続するケーブルの上でそのコンソールを転がし、これにより探触子と冷却剤を搬送するチューブとに対して往復方向で信号を伝達するケーブルが損傷を受けることはあり得ないことでないことは当業者であれば理解されよう。具体的にこうしたケースでは、コンジット６６が閉塞され、このためポンプ６２は上昇した圧力に抗して稼働するように強制されると共に損傷を受けやすくなることがある。本技法の態様では、冷却システム５４のコンジット６６の内部に累積した過剰圧力を解放するためには多種多様な技法を利用することができる。こうした圧力制限技法は典型的には、コンジット６６が閉塞された際にコンジット６６内部に累積した過剰圧力を解放するために冷却剤６４に対するバイパス経路を提供することに基づいている。このバイパス経路は、コンジット圧力がしきい値圧力を超えて上昇した場合に作動されることは当業者であれば理解されよう。一実施形態ではそのしきい値圧力は大気圧の２倍に等しく、またそのバイパス経路によってポンプがしきい値圧力を超える圧力に抗してポンプピングすることが防止される。さらにこのバイパス経路は、冷却剤６４のフローをリザーバ６８内に戻すようにリザーバの内部に設けられることや、リザーバの一部として製作されることがあることに留意すべきである。
【００３８】
通常動作時において、抵抗Ｒ１のループを通る冷却剤フローＩ１が所望であり、かつ損傷を回避するために最大圧力Ｖｍａｘで最小フローＩｍｉｎを維持する必要がある場合、シャント（バイパス経路）は抵抗Ｒ２＝Ｖｍａｘ／Ｉｍｉｎを有するべきであり、かつ冷却システムの通常動作点は圧力Ｖ＝Ｉ１Ｒ１と冷却剤フローＩ＝Ｉ１（１＋Ｒ１／Ｒ２）とにすべきである。
【００３９】
図６は、コンジット６６内部に累積した過剰圧力を解放するためのこうした技法を２つ（過剰圧力逃がしシステム８４及び８６）表している。図示したように過剰圧力逃がしシステム８４は、バイパス経路８８及びスプリングシム９０を含む。通常条件下ではスプリングシム９０はバイパス経路８８を閉塞させている。コンジット６６の内部の圧力がしきい値圧力を超えて上昇すると、冷却剤６４がスプリングシム９０上に圧力を作用させる。スプリングシム９０は圧力によって曲がり、これにより冷却剤に対してリザーバ６８に戻るように流れる経路が可能になる。同様に図示したように、過剰圧力逃がしシステム８６はバイパス経路９２及びひげ針バルブ９４を含む。通常条件下では、ひげ針バルブ９４はバイパス経路９２を閉塞させている。コンジット６６の内部の圧力がしきい値圧力を超えて上昇すると、冷却剤６４がひげ針バルブ９４上に圧力を作用させる。ひげ針バルブ９４は圧力によって押し戻され、これにより冷却剤に対してリザーバ６８に戻るように流れる経路が可能になる。ある種の実施形態では、ひげ針バルブ９４にベローズまたはピストン（図示せず）を結合させ、過剰な圧力が明瞭に確定された領域のベローズまたはピストン上に作用し、ひげ針バルブ９４上には作用しないようにできることは当業者であれば理解されよう。この配列によって、具体的にはバルブがある種の流れ調整能力を有するまたは獲得している場合に、バルブを開く圧力に対するより良好な制御が提供される（バルブを開閉する時間の経過に従って流れに対する抵抗は徐々に低下する）。ある種の実施形態ではその過剰圧力逃がしシステム８４及び８６は、振動抑制のためのコンプライアント素子７６の後で設けられることがあることに留意すべきである。
【００４０】
上で検討した様々な実施形態に記載した冷却サブシステム５４によって効率、コンパクト化及び堅牢性が改善されることは当業者であれば理解されよう。冷却サブシステム５４は超音波探触子５２に内蔵状態のままである。様々な構成要素を動作させる電気を除けば、コンソールからの別のサービスは不要である。このためこれらの探触子を既存の多くのコンソールと共に使用することが比較的容易になる。内蔵型冷却サブシステムは、封入式のポンプを利用してリークを最小化し、これによってサービス寿命の間における流体交換の必要性を低減または排除することができる。上で検討した様々な実施形態に関して記載した技法は、画質を劣化させる可能性があるポンピングした冷却流体の拍動性フローからの振動を低減または排除し、これによって流体の拍動により生じる画像アーチファクトを低減または排除することができる。さらに、上で検討した様々な実施形態に関して記載した技法によれば、コンジット内の閉塞に由来した過剰圧力につながるようなオペレータ過誤の発生時にポンプが損傷から保護される。さらに、超音波探触子に追加的な安全性を提供するように、電源のオフ切替、電源の低減、音響強度の低下、その他など過剰加熱を防止するための従来の安全機能も維持されていることは当業者であれば理解されよう。
【００４１】
本発明のある種の特徴についてのみ本明細書において図示し説明してきたが、当業者によって多くの修正や変更がなされるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲に属するこうした修正や変更のすべてを包含させるように意図したものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本技法の態様による例示的な超音波システムを表した概要図である。
【図２】本技法の態様による内蔵式冷却システムを示した超音波探触子を表した概要図である。
【図３】本技法の一態様による冷却システムのコンジット内部の圧力振動を抑制するための機構を表した概要図である。
【図４】本技法の別の態様による冷却システムのコンジット内部の圧力振動を抑制するための機構を表した概要図である。
【図５】本技法のまた別の態様による冷却システムのコンジット内部の圧力振動を抑制するための機構を表した概要図である。
【図６】本技法の態様による冷却システムのコンジット内部に累積した過剰圧力を解放するための様々な機構を表した概要図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  超音波システム
１２  収集サブシステム
１４  処理サブシステム
１６  対象／物体
１８  トランスジューサアセンブリ
２０  送信／受信切替回路
２２  送信器
２４  受信器
２６  ビーム形成器
２８  制御プロセッサ
３０  復調器
３２  撮像モードプロセッサ
３４  走査変換器
３６  表示プロセッサ
３８  モニタ
４０  ユーザインタフェース
４２  リモート接続サブシステム
４４  ウェッブサーバ
４６  リモート接続インタフェース
４８  データリポジトリ
５０  画像ワークステーション
５２  超音波探触子
５４  冷却サブシステム
５６  探触子回路基板
５８  超音波コンソール
６０  探触子コネクタ
６２  ポンプ
６４  冷却剤
６６  コンジット
６８  リザーバ
７０  第１の熱交換器
７２  第２の熱交換器
７４  冷却用ファン
７６  コンプライアント素子
７８  インレットリザーバ
８０  アウトレットリザーバ
８２  接続コンジット
８４  過剰圧力逃がしシステム
８６  過剰圧力逃がしシステム
８８  バイパス経路
９０  スプリングシム
９２  バイパス経路
９４  ひげ針バルブ
【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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