(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波探触子の内部で発生した熱を効率的に探触子の外部表面に輸送し、放熱できる超音波診断装置を提供する。【解決手段】密閉構造の超音波探触子の内部の熱源から超音波探触子の表面に効率的に熱を移動できるように、超音波探触子の外部又は内部に気流発生機３４を配置する。【選択図】図７
2016202190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受信が可能な超音波振動子と、前記超音波振動子を含むデバイスの全体を密閉するケースと、探触子内部で発生した熱を前記ケースの表面まで伝達する熱輸送部と、前記ケースの外部に設置される気流発生機と、前記ケースの外部に設置され、前記気流発生機に対する空気の経路を提供するカバーとを有する超音波探触子と、
前記超音波探触子と有線又は無線通信するインタフェースと、前記超音波探触子から撮像領域の信号を取得して画像処理する信号処理部と、信号処理後の画像を表示する表示部とを有する装置本体と
を有する超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記カバーは、前記ケースのヒートシンク領域を覆う
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記カバーは、探触子に接続されたケーブルブーツ及び／又はケーブルの少なくとも一部を覆うように設置される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記カバーは、探触子の使用者が手で保持する領域範囲まで覆うように設置される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記経路の吸気口を超音波の送受信面側に有し、前記経路の排気口を超音波の前記送受信面側とは反対側に有する
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１の超音波診断装置において、
前記経路の吸気口及び排気口の両方を、超音波の送受信面側とは反対側に形成される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記経路は、前記ケースに対して環状に形成される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記経路は、前記ケースの軸方向に対してＵ字形状に形成される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記経路は、前記ケースの内部に形成された密閉構造の空気の経路の吸気口及び排気口に接続される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波診断装置において、
前記経路は、前記ケースの軸方向に対してＵ字形状に形成される
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記熱輸送部は、熱伝導性材料であり、探触子内部で発生した熱をヒートシンク領域まで伝達する
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
超音波の送受信が可能な超音波振動子と、前記超音波振動子を含むデバイスの全体を密閉するケースと、探触子内部で発生した熱を前記ケースの表面まで伝達する熱輸送部と、前記ケースの内部に設置される気流発生機と、前記ケースの内部に設置され、前記気流発生機を空気の経路に含む内部循環路を形成する整流板とを有する超音波探触子と、
前記超音波探触子と有線又は無線通信するインタフェースと、前記超音波探触子から撮像領域の信号を取得して画像処理する信号処理部と、信号処理後の画像を表示する表示部とを有する装置本体と
を有する超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の超音波診断装置において、
前記ケース内のヒートシンク部と前記内部循環路との境界面に熱交換デバイスを有する
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び装置本体で構成される超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波探触子（プローブ）と装置本体から構成され、超音波を用いて生体等の内部構造を画像化する。超音波探触子には、超音波振動子（電気音響変換素子）が内蔵されており、被検体に対する超音波信号を送受信する。超音波振動子には、例えば圧電セラミック型、単結晶型、圧電ポリマー型、静電容量型トランスデューサが用いられる。これらのデバイスは、電圧を印加することにより超音波を発生し、その超音波を外部に送信する。また、これらのデバイスは、音波を受信すると電気信号を生成する。
【０００３】
超音波振動子の前面側（放射面側）には、音響エネルギーを効率的に前面に伝達させるための音響整合層が設置されていることがある。また、超音波振動子の前面側（放射面側）には、ある一定領域に音響エネルギーを集中させるためのレンズ材が設置されることもある。また、超音波振動子の背面側には、不要な音響反射を防ぐための背面材（バッキング材）が設置されることがある。
【０００４】
超音波探触子は、通常、振動子が無数のチャンネルに区切られており、アレイ化されている。撮像時には、これらの各チャンネルの送受信号に適宜遅延時間を与え、ある点にフォーカスされた超音波ビームを作り出す。図１は、超音波探触子における送信ビームフォーミングを示す。図１では、送信時において各々異なる遅延時間を付与した入力信号を一次元アレイ探触子の各チャンネルに印加している様子が示されている。図１の超音波探触子は、複数の超音波振動子１を備える。超音波探触子内もしくは本体装置内の遅延回路が、超音波振動子１の各チャンネルに異なる遅延時間３を付与することにより、フォーカス点２に集束した超音波ビームを形成する。
【０００５】
図２は、超音波探触子における受信ビームフォーミングを示す。図２では、一次元アレイ探触子の各チャンネルにおいてエコー信号を受信している様子が示されている。超音波探触子は、複数の超音波振動子１に接続された加算回路４を備える。受信時において、超音波振動子１の各チャンネルで受信するエコー信号は、フォーカス点２からの距離によって受信時間が異なる。超音波探触子内もしくは本体装置内の遅延回路が、各チャンネルの受信信号に、伝搬時間差に応じた遅延時間３を与えて位相を揃える。位相を揃えた各々の信号を、超音波探触子内もしくは本体装置内の加算回路４が加算することにより、受信信号は１点にフォーカスされた信号として取り出される。このような処理を行う回路を整相回路あるいはビームフォーマなどと呼ぶ。この回路は、加算処理まで含めた場合、整相加算回路と呼ばれる。
【０００６】
超音波探触子は、上記の遅延時間を変えることでフォーカス点を移動させ、撮像領域全体の信号を取得する。得られた信号は、重み付け処理、検波処理、フィルター処理等を経て、超音波診断装置のディスプレイ上に画像として表示される。また、超音波探触子では、図３および図４に示すようにチャンネルを２次元的に配列したマトリクスアレイが実用化されている。マトリクスアレイでは、超音波探触子で扱うべきチャンネル数が数千チャンネルオーダと増加する場合がある。従って、探触子のチャンネル数に対して、本体ビームフォーマのチャンネル数が圧倒的に不足するという事態となる。
【０００７】
そこで、超音波探触子内の複数のチャンネルを一つにまとめ、サブアレイ化することが考えられている（特許文献１）。サブアレイ化により、受信時における本体ビームフォーマ（メインビームフォーマ）へ接続する信号線の本数を減らすことが可能となる。本手法は、チャンネルリダクションと呼ばれる。本手法では、メインビームフォーマでの主遅延時間とは別に、前段回路で各チャンネルに微小な遅延時間を加えた後、複数のチャンネル信号を加算する。本手法を実現する回路は、「微小遅延加算回路」や「マイクロビームフォーマ」と呼ばれる。また、本手法は、本体回路をメインビームフォーマと呼ぶのに対する意味で、「サブビームフォーマ」などと呼ばれる。
【０００８】
一方、本手法の送信用回路では、振動子に印加する電圧を発生する電圧発生回路が探触子の内部に設けられることがある。また、一本の送信線から超音波振動子の複数のチャンネルに電圧信号を分配することにより、限られた本体チャンネル数でより多くのチャンネルを取り扱うことが可能になる。このような回路を「微小遅延分配回路」などと呼ぶ。
【０００９】
これらの送受信用のサブビームフォーマ回路によって、本体装置が限られたチャンネル数であっても、より多くの探触子チャンネルを扱えるようになる。また、２次元マトリクスアレイのように、１０００個以上のチャンネル数を取り扱えるようになり、３次元ボリューム撮像が可能になる。
【００１０】
さらに最近では、探触子と本体を分離し、探触子と本体の情報を無線でやり取りするワイヤレス型探触子が実用化されつつある。ワイヤレス型探触子も本体と通信を行うために電子回路を探触子内部に搭載する必要がある。このように、超音波探触子には、何らかの電子回路が搭載されることが多くなっている。マトリクスアレイやワイヤレス型探触子に限らず、感度増幅等の目的で低ノイズ増幅器等の回路が搭載される場合もある。また、超音波探触子から発生させる超音波の波形や周波数、繰り返し周期などは測定目的に応じて変わり、様々な送信音波が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２７０４２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−４８７４号公報
【特許文献３】特開平９―１４０７０６号公報
【特許文献４】登録実用新案第３０６１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
超音波探触子に電子回路を内蔵した場合、電子回路の発生する熱が問題となる。より多くの信号の処理、多くの機能を搭載するほど、すなわち回路規模が増大するほど回路の消費電力が増大し、結果的に多くの熱を発生することになる。また、電子回路を搭載しない探触子であっても、血流速度測定の目的で多くの超音波エネルギー照射を必要とする場合がある。このとき、振動子内部や探触子表面に接着された音響レンズ等で音響エネルギーの吸収による熱が発生する。
【００１３】
特に医療用の超音波探触子は、プローブ本体を検査者が手に持ち、前面（表面）を被検査者に直接接触させるため、安全性を担保する必要がある。このため、医療用の超音波探触子では、温度の上限や上昇率等の様々な規格が法的に定められている。そして、所望の回路性能や所望の測定を実現するためには、回路の消費電力を低減する工夫、もしくは発生した熱を探触子外部へと逃がす放熱技術や冷却技術が必要となる。
【００１４】
特許文献２では、ポンプを用いて装置本体と探触子の間に冷媒を循環させ、探触子で発生した熱を本体装置側へ輸送し、本体装置に設置した冷却ファンにより放熱する構造を採用する。しかし、このような構成では、機構が複雑になるのに加え、冷媒に液体を用いることによる重量増加、循環チューブを内蔵することによるケーブル径の増加、液漏れなどのデメリットやリスクも大きい。また、本体装置側への熱輸送が前提であるため、ワイヤレス型探触子には適用できない。
【００１５】
特許文献３では、探触子内で発生した熱を効率的にケーブル側へ輸送するために、ヒートパイプを用いる。具体的には、熱源にヒートパイプを巻き付け、ヒートパイプのもう１方の端をケーブル接続点のモールド樹脂で含浸する構造を採用する。これにより、熱源で発生した熱は、ケーブル接続点付近まで輸送され、放熱される。しかし、モールド樹脂は熱伝達率が低く、充分な放熱性能が得られない。また、探触子表面から熱を逃がすためには、より広い面積に熱を広げて均熱化することが望ましいが、熱源をヒートパイプで覆えない構造の場合、熱源とヒートパイプの間に介在物が入るため、熱伝達効率が悪くなる。
【００１６】
また、超音波探触子には、消毒などの目的のために水や薬品などの液体が塗布されることがある。また、超音波探触子には、生体に音を効率的に伝播させるためのゼリーが塗布されることがある。このような使用条件において電気的に不具合なく探触子を動作させるために、探触子は、通常、密閉構造となっている。従って、筐体に穴を開けた開放系としてファンや流体を用いて外部に熱を逃がす構造とすることは難しい。
【００１７】
特許文献４では、探触子内部に空気の流れを作り、その対流効果により放熱能力を高める工夫をしているが、探触子に穴が開いているため探触子内部が外部へ開放されている。このため、密閉型の探触子には適用することはできない。
【００１８】
本発明は、超音波探触子の内部で発生した熱を効率的に探触子の外部表面に輸送し、放熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明は、密閉構造の超音波探触子の内部の熱源から超音波探触子の表面に効率的に熱を移動できるように、超音波探触子の外部又は内部に気流発生機を配置する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、超音波探触子の表面における対流効果が増進され、超音波探触子の放熱・冷却性能が向上する。従来方式では、探触子内部で発生する熱のために制限されていた探触子の内部に搭載された回路の性能の向上や超音波の送信エネルギーの増加が可能となる。これにより、超音波画像性能の向上、様々な測定値の精度向上、より長い動作時間が実現する。上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超音波探触子における送信ビームフォーミングを説明する図。
【図２】超音波探触子における受信ビームフォーミングを説明する図。
【図３】１．５Ｄアレイを示す図。
【図４】２Ｄアレイを示す図。
【図５】超音波診断装置の機能構成を説明する図。
【図６】サブアレイ回路の機能構成を説明する図。
【図７】実施例１に係る超音波探触子の構造を示す図（上面側から見た透視図）。
【図８Ａ】探触子外部に設置した気流発生機とその周辺構造を説明する図（上面側から見た透視図）。
【図８Ｂ】探触子外部に設置した気流発生機とその周辺構造を説明する図（背面側から見た  断面図）。
【図９】気流発生機を探触子周囲に４個配置した図（背面側から見た断面図）。
【図１０】気流発生機の排気方向にフードを取り付けた構造を説明する図（上面側から見た透視図）。
【図１１】気流発生機の吸気口と排出口の両方を探触子の背面側に配置した構造を示す図（上面側から見た透視図）。
【図１２】気流発生機による空気の流路を探触子ケースに対して環状に形成する構造を説明する図（背面側から見た断面図）。
【図１３】気流発生機により探触子ケースの外部表面に形成される流路を示す図（上面側から見た透視図）。
【図１４】気流発生機により探触子ケースの外部表面に形成される流路を示す図（側面側から見た断面図）。
【図１５】気流発生機により探触子ケースの外部表面に形成される流路を示す図（上面側から見た透視図）。
【図１６】気流発生機により探触子ケースの外部表面に形成される流路を示す図（上面側から見た透視図）。
【図１７】探触子内部にダクトを設け、気流を循環させる構造を示す図（上面側から見た透視図）。
【図１８】探触子内部にダクトを設け、気流を循環させる構造を示す図（背面側から見た断面図）。
【図１９】実施例２に係る超音波探触子の構造を示す図（上面側から見た透視図）。
【図２０】実施例２に係る超音波探触子の内部に熱変換素子を設置した構造を示す図（上面側から見た透視図）。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のために用意した図面に過ぎず、決して本発明を限定的に解釈するために用いるべきではない。
【００２３】
［実施例１］
はじめに、超音波診断装置の装置構成と画像化までの信号の流れについて説明する。図５は、代表的な超音波診断装置の装置構成を示し、超音波探触子と装置本体で構成される。超音波診断装置は、超音波探触子１００と、送受切替スイッチ４０と、送信系及び受信系回路４００（送信アンプ４３、受信アンプ４４、直流電源４５）と、電圧リミッター４１と、電源４２と、Ｄ／Ａコンバータ（Digital to Analog）４６と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ４７と、送信ビームフォーマ４８と、受信ビームフォーマ４９と、制御部５０と、信号処理部５１と、スキャンコンバータ５２と、表示部５３と、ユーザインタフェース５４と、を備える。
【００２４】
後述するように、直流電源４５は、直流電圧を必要としてない超音波探触子を接続する場合には必ずしも備えている必要はない。なお、図５に示す各部を、超音波探触子と装置本体のいずれに搭載するかは製品により異なる。
【００２５】
図５に示す超音波探触子１００は、図１及び図２に示した複数のチャンネルを持つ超音波振動子１に相当する。超音波探触子１００の個々のチャンネルは、送受切替スイッチ４０を介し、送信系回路と受信系回路に切り替えられる。超音波探触子１００は、電源４２によって駆動する送信アンプ４３及び受信アンプ４４により超音波ビームを形成するアレイとして動作し、超音波の送受信のために利用される。
【００２６】
なお、超音波探触子１００が、ＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）のようなバイアス電源を必要とするものである場合は、超音波探触子１００が直流電源４５に接続されている。
【００２７】
超音波探触子１００の複数のチャンネルは、超音波撮像装置の送信ビームフォーマ４８及び受信ビームフォーマ４９に接続されている。送受信の信号は、ユーザインタフェース５４による操作に応じて制御部５０によって制御される。信号を送信する場合、送信信号は、制御部５０で制御され、個々のチャンネルに波形、振幅及び遅延時間が設定される。また、制御部５０では、振幅に重みを付する制御を行ってもよい。
【００２８】
送信信号は、送信ビームフォーマ４８、Ｄ／Ａコンバータ４６、送信アンプ４３を介して超音波探触子１００に送信される。ここで、送信アンプ４３には、制御部５０による制御により波形形成された電圧が入力され、送信アンプ４３で電圧が増幅されて出力される。これにより、超音波を発生させるための複数の独立な駆動電圧信号が超音波探触子１００の複数のチャンネルに入力される。なお、電圧リミッター４１は、超音波探触子１００に過大な電圧が印加しないよう、あるいは送信波形制御の目的で設けられている。
【００２９】
超音波探触子１００において超音波の信号を受信した場合は、複数のチャンネルにおける受信信号が整相（遅延）加算処理される。受信信号は、受信アンプ４４、Ａ／Ｄコンバータ４７、受信ビームフォーマ４９を介した後、信号処理部（画像処理部）５１に送信される。信号処理部５１は、Ｂモード断層像処理や血流カラーモードあるいはドップラー等の機能に応じた処理を実行し、受信信号をビデオ信号に変換する。その後、ビデオ信号は、スキャンコンバータ５２を介して表示部５３に送信され、表示部５３には画像や数値が表示される。なお、受信アンプ４４は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）や可変ゲインアンプなどによって構成される。
【００３０】
図６に示すように、探触子内部に回路を搭載する場合は、上述した構成要素の一部が搭載される。あるいは、信号を探触子内部で減らすためのサブアレイ受信回路やサブアレイ送信回路が搭載される。図６では、複数の超音波振動子１をまとめてサブアレイ５を形成する。超音波振動子１からの超音波信号は、送受分離回路７で送信信号と受信信号に分離される。受信の場合、信号はＬＮＡ（もしくはバッファアンプ）８を通過し、可変ゲインアンプ（ＶＧＡ：Variable Gain Amplifier）９を通過する。その後、微小遅延線１０を経由して加算回路１１で複数の素子からの信号が加算される。必要に応じてバッファアンプ１２で増幅され、本体装置のメインビームフォーマへと送られる。ＬＮＡ８や可変ゲインアンプ９は必要に応じて搭載すればよく、必ずしも必須ではない。
【００３１】
送信の場合、送信アンプもしくはパルサーで発生した電気信号を分配回路１５で複数の信号に分配し、微小遅延回路１４で個々の遅延が与えられた後、送受分離回路７を介して、超音波振動子１に印加される。これらの構成は、探触子回路の一例であって、類似する回路構成が存在する。本特許においては、回路構成の違いは特に問題とならない。
【００３２】
図７に、本実施例に係る超音波探触子１００の構造例を示す。図の左側が、音響放射および受信面である。なお、以下の説明では、図の左側を、超音波探触子１００の前面又は前面側ともいう。超音波探触子１００の筐体内には、図の左側より順に、音響レンズ２０、音響整合層２１、超音波振動子２２、インターポーザー２３、探触子内搭載回路（集積回路ＩＣ）２４、背面材（バッキング材）２５が配置される。これらの構造は一例であり、インターポーザー２３を使わない場合や、探触子内搭載回路２４が別の位置に存在する場合もある。図７の場合、超音波振動子２２や探触子内搭載回路２４などの熱源は、超音波探触子１００の前面側に配置されている。
【００３３】
超音波探触子１００の全体は、筒状の探触子ケース２６で覆われている。ここでの探触子ケース２６が、前述した超音波探触子１００の筐体に相当する。探触子ケース２６の内周面には熱伝導材２７が配置される。熱伝導材２７は、熱源で発生した熱を高効率で筐体全体や超音波探触子後方に伝達するために配置される。熱伝導材２７は、探触子外部への放熱性の観点から探触子ケース２６と極力大きな接触面積を持つことが望ましい。探触子ケース２６は、後述する探触子ケーブルブーツ３５と共に探触子の全体を密閉する。なお、ワイヤレス型探触子の場合、探触子ケース２６だけで探触子の全体が密閉される。
【００３４】
超音波探触子１００の後面（背面）には開口が形成されており、当該開口を通じ、信号線用のケーブル３６の一端が探触子内部の各種電気電子デバイスと接続される。なお、ワイヤレス型探触子の場合には、探触子ケース２６内の無線通信デバイス（インタフェース）と探触子内部の各種電気電子デバイスが接続される。探触子ケーブルブーツ３５は、ケーブル３６の外表面部及び探触子ケース２６の後面開口部と密着し、探触子内部を密閉する。また、探触子ケース２６と探触子ケーブルブーツ３５とは互いに密着し、密閉構造を形成する。これにより、探触子の外部から内部への液体や気体の侵入が防止される。
【００３５】
図７に示すように、超音波振動子２２や探触子内搭載回路２４などの熱源が、探触子の比較的前面側（生体接触面側）に存在する場合、生体側の温度上昇を防ぐために、熱源に発生した熱を効率良く後面（背面）側に輸送する必要がある。そのため、金属、カーボングラファイト、ヒートパイプ等の高効率熱輸送材２８を探触子内部にも配置する。高効率熱輸送材２８は、図７に示すように、前面側の背面材（バッキング材）２５から後面側のヒートシンク３１まで接続することが望ましい。一般的に、探触子内部に回路を搭載する場合、電気電子基板２９にも様々な電気電子デバイス（素子）３０を設置する場合がある。なお、電気電子基板２９は、金属配線を含むため、比較的高い熱伝導率を有している。すなわち、電気電子基板２９は、熱源から熱を周囲に輸送もしくは拡散する効果も有している。
【００３６】
従来の探触子では、熱伝導材やヒートシンク３１に伝導された熱が探触子の外部に輸送された後、外気との自然対流および放射によって放熱している。本実施例では、探触子の外部表面にファンやブロワなどで構成される気流発生機３４を設置する。図中の太線が探触子ケース２６及び探触子ケーブルブーツ３５の外部表面を示す。また、気流発生機３４の外側には、筒状のガイドカバー３２を設置する。このガイドカバー３２は、探触子の前後に開口を有するため、外気は、図７に矢印で示したように、探触子ケース２６の表面に沿って前面側から後面側に流れる。通常、外気は、探触子で発生する熱による温度よりも低い。このため、探触子表面に気流発生機３４により空気の流れができることで対流効果が増強され、外気への放熱性能が向上する。
【００３７】
なお、熱源の熱エネルギー量や探触子内部の熱伝達および熱輸送能力によっては、ヒートシンク部の温度が非常に高くなる可能性がある。そのような場合には、ガイドカバー３２を、ヒートシンク３１の外側全体を覆うように設置し、使用者が、高温部分に直接触れないようにする。また、図７のように気流の流れる方向を前面側から背面側（ケーブル側）とすることで、熱せられた空気が被験者や検査者へ直接当たり、不快感を与えるおそれを防いでいる。ガイドカバー３２は、検査者が探触子を保持する領域に干渉しないようケーブル側に設けている。本実施例では、本体装置へ熱を輸送する必要がないため、ワイヤレス探触子などへも適用可能である。
【００３８】
ガイドカバー３２の内部には１個または複数個のフィン３３を設け、空気との接触面積を増やすことにより、フィン３３を設けない場合に比して効率的に放熱することが望ましい。図８Ａは、図７のガイドカバー３２及び気流発生機３４を図７の上部側から見た透視図である。図８Ｂは、図７の背面側（図７の右側）から見た透視図である。この例では、気流発生装置３４が探触子の上下両方にそれぞれ１個ずつ配置されている。
【００３９】
なお、図７及び図８Ｂの例では、探触子に２個の気流発生機３４を配置しているが、気流発生機３４の個数は放熱性能に応じて選択すればよく、個数は何個でもよい。また、気流発生機３４を設置する位置についても、図７に示した位置に限らない。探触子ケース２６で密閉された探触子の外部であって、使用上の不都合が生じない領域に設置すればよく、特に限定されるものではない。図９に、気流発生器３４を探触子の外部表面に４個配置した例を示す。
【００４０】
図７の例では、気流発生機３４及びヒートシンク３１の領域部分を覆うガイドカバー３２は、探触子ケーブルブーツ３５までは覆ってはいないが、図１０に示したように、探触子ケーブルブーツ３５やケーブル３６の領域までガイドカバー３２の開口を延長するフード３７を拡張してもよい。これにより、より高い整流性能、検査者や被験者へ吹き付ける気流の低減、またブーツ部やケーブル表面の近傍を空気が対流することによる放熱性能の向上が可能となる。
【００４１】
図１１は、ガイドカバー３２に形成する気流の吸気口と排気口の両方を、ケーブル側（後面側）に設置した構成を示す。この場合、ガイドカバー３２の前面側は閉じられている。また、ガイドカバー３２の内部において、図１１に示すように、Ｕ字に空気が流れる経路が形成される。図１１に示すような構造とすることで、吸気によって作られる気流が検査者や被験者へ当たることを防ぐことができる。図１１には一例を示したが、同様の考え方で、ガイドカバー３２の構造や気流発生機３４の位置や個数は任意に変更できる。
【００４２】
図１２は、気流の経路を変えた例である。図１１の場合には、後面側から採り込まれた空気は、探触子の側面に沿って前方に流れた後折り返し、後面側から流れ出す。図１２の場合、探触子の側面に対して垂直方向から採り込まれた空気は、筒状の側面に沿って一周し、再び側面に対して垂直方向に流れ出すようにガイドカバー３２が設置される。この構成により、ヒートシンク３１が接触する側面領域の全体に沿って気流が流れることになり、より効率的に放熱することができる。図１２では、ファンまたはブロワを２個設置しているが、個数や位置は用途や放熱性能に応じて変えても良い。
【００４３】
図１３及び図１４には、図１１で示した後面吸気・後面排気の構造を、探触子の前面側まで拡張した構造を示す。図１３は、探触子表面のある一面を見た構造である。図１４は、探触子の上下２面に同様の構成を配置した構造を示している。なお、図１３は、図１１に示す構造（吸気口と排気口の両方を後面側に有するガイドカバー３２）について、そのカバーの前端部を探触子の前方まで拡張した例である。また、図１４は、図７に示す構造（吸気口を前面側に、排気口を後面側に有するガイドカバー３２）について、そのカバーの前端部を探触子の前方まで拡張した例である。
【００４４】
図１３又は図１４の構造を採用することにより、探触子ケース２６の表面に沿って気流が対流する面積を増やすことができる。このため、放熱性能が向上する。また、この構造は、検査者が手で保持する領域までガイドカバー３２を設置することを意味する。このように、探触子ケース２６とガイドカバー３２が二重構造となるようにすることで、全体の構造を変えることを防止することができる。これにより検査者は従来と同じように探触子を保持することができる。
【００４５】
図１５は、図１４に示すように、探触子ケース２６の側面の大部分をガイドカバー３２で覆う場合に、吸気口を前面側や側面に設ける例である。この場合、空気の流れは、前面から後面側への一方通行となる。検査者が保持する領域を除くように吸気口を設置すれば、図１４と同様の効果を得ることができる。吸気口は１個ではなく、無数に設けてもよい。
【００４６】
図１６は、気流で冷却すべきヒートシンク３１の領域を変えた例である。図７では、探触子の前面から後面へ向け、側面に沿って流れる気流を発生させていたが、図１６の例では、隔壁６０で探触子内部は密閉する。隔壁６０は、ヒートシンク３１と接触するように配置する。気流発生機３４は、隔壁６０の表面に配置する。気流発生機３４は、探触子の一方の側面に設けた吸気口７０から空気を吸い上げて隔壁６０の表面に沿って流し、その後、吸気口７０とは反対側の側面に設けた排気口から探触子の後方に排出する。この場合、空気は、ヒートシンク３１に接する隔壁６０から効率的に熱を奪うことができる。気流経路および吸気口の個数および位置は任意である。
【００４７】
図１７及び図１８は、気流が通過する経路を探触子内部に設ける場合を示す。本例では、ガイドカバー３２の吸気口７０から吸い上げた空気を流すＵ字状のダクト８０を探触子の内部に挿入する。この構造の場合、ダクト８０の吸気口８２から流入した空気は、ダクト８０の反対側の排気口８１から気流発生機３４により排出される。なお、ダクト８０の周囲に穴はなく、探触子内部の密閉性は保たれる。また、放熱効率の観点からダクト８０は、より熱源に接触するように設置することが望ましい。本構成の場合、ダクト８０は、前述の実施例よりも熱源に近い位置に配置されることになる。従って、より効果的に内部の熱を奪うことができる。なお、気流発生機３４は、排気口８１に直接取り付けてもよいし、充分な場所が確保できれば、ダクト８０の内部に設置してもよい。
【００４８】
［実施例２］
図１９に、実施例２に係る超音波振動子の構成例を示す。前述の実施例１では、気流発生機３４を密閉された探触子の外部に設置した。実施例２では、気流発生機３４を密閉された探触子の内部に配置する。多くの場合、熱源は、超音波振動子２２及び探触子内に搭載される電気電子回路である。このような熱源は局所的に存在する。実施例１では、高効率熱輸送材２８を用いて効率的に探触子ケース２６に伝熱させる措置を取っている。しかし、材料の熱伝達率には限界がある。また実用上の制約から、探触子のサイズはある一定のサイズに制限されるため、熱の伝搬に使用できる面積にも限界がある。この場合、放熱能力は、熱伝導性能の限界から決まってしまう。
【００４９】
本実施例では、この課題を克服するため、気流発生機３４を探触子の内部に設置すると共に、空気の循環経路を形成するために２枚の整流板３８を設置する。気流発生機３４は、２枚の整流板３８の間に配置される。これにより、空気は、２枚の整流板３８の間を前面側から後面側に流れ、その後、整流板３８の後端部に形成された隙間を通じて探触子の側面に沿って後方から前方に流れる。なお、前方に送られた空気は、整流板３８の前端部に形成された隙間を通じ、再び、探触子の内部を後方に流れる。すなわち、本実施例の場合、探触子の内側に、循環する気流を発生させることができる。
【００５０】
本実施例の構造を採用すれば、発熱源に近い位置からの熱を空気の対流効果で奪い、奪われた熱が循環する空気によって、相対的に温度が低いケース全体と対流することで探触子内部を高効率に均熱化させることができる。均熱化することで、局所的な温度上昇を抑えることが可能となり、またより広い面積での放熱効果が得られるようになる。
【００５１】
図２０では、ヒートシンク部となる背面材２５の背面側（後面側）に、ペルチェ素子などの熱変換デバイス３９を設置する例を示している。熱変換デバイス３９を空気の循環路に接する面（境界面）に配置するので、図１９に比して、より効率的に熱源の熱を探触子全体へ分散させることが可能となる。
【００５２】
［他の実施例］
本発明は、上述した実施例の構成に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えばワイヤレス方式の超音波探触子にも応用することができる。また、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例について詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要は無い。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成に他の構成を追加し、又は、各実施例の一部構成を他の構成で置換し、又は各実施例の一部構成を削除することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１    超音波振動子（Ultrasonic transducers）
２    フォーカス点（Focus point）
３    遅延時間
４    加算回路
５    サブアレイ
６    探触子チャンネル
７    送受分離回路（もしくは保護回路）
８    ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）
９    ＶＧＡ（Variable Gain Amplifier）
１０  微小遅延回路（受信用）
１１  加算回路
１２  バッファアンプ
１３  サブアレイ受信回路（受信用サブビームフォーマ）
１４  微小遅延回路（送信用）
１５  分配回路
１６  サブアレイ送信回路（送信用サブビームフォーマ）
２０  音響レンズ
２１  音響整合層
２２  超音波振動子
２３  インターポーザー
２４  探触子内搭載回路（IC）
２５  背面材（バッキング材）
２６  探触子ケース
２７  熱伝導材
２８  高効率熱輸送材
２９  電気電子基板
３０  電気電子デバイス（素子）
３１  ヒートシンク
３２  ガイドカバー
３３  放熱板（フィン）
３４  気流発生機
３５  探触子ケーブルブーツ
３６  ケーブル
３７  フード
３８  整流板
３９  熱変換デバイス
４０  送受切替スイッチ
４１  電圧リミッター
４２  電源
４３  送信アンプ
４４  受信アンプ
４５  直流電源
４６  Ｄ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ）コンバータ
４７  Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ
４８  送信ビームフォーマ
４９  受信ビームフォーマ
５０  制御部
５１  信号処理部
５２  スキャンコンバータ
５３  表示部
５４  ユーザインターフェース
４００  送信系及び受信系回路
６０  隔壁
７０  吸気口
８０  ダクト
８１  排気口
８２  吸気口
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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