(57)【要約】      （修正有）【課題】探触子筐体の表面温度を低減するために放熱性能を高めることができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】被検体に対して超音波の送受信を行う圧電振動子１２０及びこの圧電振動子からの信号を処理する信号処理ＩＣを収容すると共に、吸気口１１４と排気口１１５とが設けられている探触子筐体１１０とを有する超音波探触子と、前記信号処理ＩＣから信号を取得して画像処理する信号処理部及びファンを有する装置本体と、前記信号処理ＩＣと前記装置本体の信号処理部とを電気的に接続するケーブル３０２と、前記ファンと前記吸気口又は前記排気口とを接続する空冷管３０３，３０４とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波の送受信を行う圧電振動子及びこの圧電振動子からの信号を処理する信号処理ＩＣを収容すると共に、吸気口と排気口とが設けられている探触子筐体とを有する超音波探触子と、
前記信号処理ＩＣから信号を取得して画像処理する信号処理部及びファンを有する装置本体と、
前記信号処理ＩＣと前記装置本体の信号処理部とを電気的に接続するケーブルと、
前記ファンと前記吸気口又は前記排気口とを接続する空冷管と、を備えていることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記吸気口は前記信号処理ＩＣ近傍に設けられ、前記排気口は前記探触子筐体の基端部側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記ケーブルと前記空冷管とは一体的に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記探触子筐体の内部を２つの空間に仕切る仕切りを設け、一方の空間に前記吸気口を設け、他方の空間に前記排気口を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記信号処理ＩＣの近傍に冷却フィンを設け、前記冷却フィンの近傍に前記吸気口を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。
【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である受信信号を基に当該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置が広く用いられている。このような超音波診断装置は、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って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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
超音波探触子は、耐水性のある樹脂及び組付け方法によって形成された探触子筐体を備えている。この探触子筐体の先端部側には、超音波を発生し、反射波を受けて受信信号を生成する圧電振動子と、この圧電振動子との間で信号を入出力し処理を行う信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）が収容されている。
【０００４】
探触子筐体の基端部は、信号処理ＩＣから出力された信号を取得して画像処理する信号処理部を備えた装置本体に接続するためのケーブルを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６５５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、画像の分解能の向上のため、機械振動して熱が発生する圧電振動子が２次元配置されると共に、処理速度向上のために処理クロック数が高められていることから信号処理ＩＣの消費電力が増大している。したがって、圧電振動子及び信号処理ＩＣの発熱量が大きくなり、熱源となって探触子筐体の内部温度を高めることとなる。探触子筐体の内部温度が上昇すると、探触子筐体に熱輸送され、探触子筐体の表面温度も高くなる。一方、探触子筐体は、被検体や作業者に直接触れるため、安全性の観点から表面温度が皮膚に害のない温度となるように規制されている。このため、探触子筐体の表面温度を低減するために放熱性能を高めることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態の超音波診断装置は、被検体に対して超音波の送受信を行う圧電振動子及びこの圧電振動子からの信号を処理する信号処理ＩＣを収容すると共に、吸気口と排気口とが設けられている探触子筐体とを有する超音波探触子と、前記信号処理ＩＣから信号を取得して画像処理する信号処理部及びファンを有する装置本体と、前記信号処理ＩＣと前記装置本体の信号処理部とを電気的に接続するケーブルと、前記ファンと前記吸気口又は前記排気口とを接続する空冷管とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る超音波診断装置を示す説明図。
【図２】同超音波探触子の要部を示す断面図。
【図３Ａ】同超音波診断装置に組み込まれたケーブルを示す横断面図。
【図３Ｂ】同超音波診断装置に組み込まれたケーブルの変形例を示す横断面図。
【図４】同超音波探触子の冷却原理を示す説明図。
【図５】同超音波探触子に組み込まれた冷却フィンを示す斜視図。
【図６】第２の実施の形態に係る超音波診断装置に組み込まれた超音波探触子を模式的に示す説明図。
【図７】同超音波探触子を一部切欠して示す斜視図。
【図８】同超音波探触子を一部切欠して示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は第１の実施の形態に係る超音波診断装置１０を示す説明図、図２は超音波探触子１００先端部に搭載した信号処理ＩＣ近傍を示す拡大図、図３Ａ及び図３Ｂは超音波診断装置に組み込まれたケーブルを示す横断面図、図４は超音波探触子１００内部の空気の流れを示す説明図、図５は超音波探触子１００に組み込まれた冷却フィン１５５を示す斜視図である。
【００１０】
超音波診断装置１０は、作業者が手で持って被検体に接触させる超音波探触子１００と、この超音波探触子１００からの信号を処理し、画面表示等を行う接続される装置本体２００と、超音波探触子１００と装置本体２００とを接続するケーブル３００とを備えている。
【００１１】
図２に示すように、超音波探触子１００は、樹脂材製の探触子筐体１１０を備えている。探触子筐体１１０の先端側には音響レンズ１１１が嵌め込まれており、全体としては密閉構造となっている。探触子筐体１１０の内壁面１１０ａには、後述するＡＳＩＣ１４０等が発する熱を探触子筐体１１０に伝熱するため、金属製の層あるいはグラファイトシート等の熱伝導率の高い部材１１０ｂを設けてもよい。探触子筐体１１０の基端側には、ケーブル３００との接合部１１２が設けられている。接合部１１２との間には、後述する電気信号ケーブル３０２、吸気空冷管３０３、排気空冷管３０４を通す孔部１１３が設けられている。なお、吸気空冷管３０３の先端は吸気口１１４、排気空冷管３０４の先端は排気口１１５を形成している。吸気口１１４はヒートシンク１５０の近傍、排気口１１５は探触子筐体１１０の基端部側に配置されている。
【００１２】
探触子筐体１１０内には音響レンズ１１１側から、被検体に対して超音波の送受信を行う圧電振動子１２０、この圧電振動子１２０の各入出力端子に接続されたインターポーザ基板１３０、このインターポーザ基板１３０を介して圧電振動子１２０に接続されたＡＳＩＣ（信号処理ＩＣ）１４０、このＡＳＩＣ１４０に貼り付けられたヒートシンク１５０が積層配置されている。圧電振動子１２０及びＡＳＩＣ１４０は、超音波探触子１００内の主な熱源となる。ヒートシンク１５０には、アルミ等の熱伝導率の高い部材を使用する。ヒートシンク１５０には冷却フィン１５５が取り付けられている。
【００１３】
インターポーザ基板１３０には、フレキシブル基板１６０が接続されている。フレキシブル基板１６０は、探触子筐体１１０の内壁面１１０ａに沿って基端側に延設されている。フレキシブル基板１６０には、後述する信号処理部２４０と電気的な接続が行われる信号ケーブル１７０が取り付けられている。信号ケーブル１７０は束ねられて後述する電気信号ケーブル３０２を構成する。
【００１４】
探触子筐体１１０の内部を２つの空間に仕切る仕切り１８０が設けられている。この仕切の１８０の一方の空間に吸気口１１４が配置され、他方の空間に排気口１１５が配置されている。
【００１５】
装置本体２００は、筐体２１０を備えている。筐体２１０内部には、ケーブル３００を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子１００の圧電振動子１２０に超音波を発生させる送信部２２０と、超音波探触子１００からケーブル３００を介して電気信号の受信信号を受信する受信部２３０と、受信部２３０で受信した受信信号に基づいて被検体内の内部状態の画像を生成する信号処理部２４０と、生成された画像を表示するモニタ２６０と、超音波診断装置１０の全体制御を行う制御部２５０と、制御部２５０に対し作業者が操作を行う操作入力部２７０とを備えている。また、後述するケーブル３００の排気空冷管３０４には、排気ファン２８０が接続され、排気ファン２８０の出口側は筐体２１０外部に連通している。
【００１６】
ケーブル３００は、図３Ａに示すように、柔軟で、かつ、潰れにくい材料で形成された外装筒３０１を備えている。この外装筒３０１内には、電気信号ケーブル３０２、吸気空冷管３０３、排気空冷管３０４が配置されている。
【００１７】
図３Ｂは、ケーブル３００の変形例に係るケーブル３００Ａを示す断面図である。図３Ｂに示すように、電気信号ケーブル３０２は、吸気空冷管３０３と排気空冷管３０４を除く外装筒３０１の内部全体に配置しても良い。
【００１８】
このように構成された超音波診断装置１０は、次のように動作する。最初に画像処理について説明する。すなわち、操作者は、装置本体２００の操作入力部２７０において必要な操作を行い、超音波診断装置１０を起動する。超音波探触子１００を被検体の所定部位に当て、送信部２２０から送られた電気信号に基づき、圧電振動子１２０から超音波を被検体に照射する。被検体に照射された超音波は反射波となって圧電振動子１２０を振動させ、この振動が電気信号となってＡＳＩＣ１４０に入力される。ＡＳＩＣ１４０では信号処理が行われ、インターポーザ基板１３０、フレキシブル基板１６０を介し、電気信号ケーブル３０２を介して受信部２３０に入力される。
【００１９】
次いで、受信部２３０は、圧電振動子１２０から得られた受信信号を信号処理してデータを生成し、信号処理部２４０は、画像データを生成しモニタ２６０に表示する。
【００２０】
次に超音波探触子１００の冷却について説明する。圧電振動子１２０の動作及びＡＳＩＣ１４０の信号処理により熱が発生し、発生した熱は、ヒートシンク１５０に伝熱される。また、排気ファン２８０により、排気空冷管３０４内の空気が排気され、探触子筐体１１０内部が負圧となる。一方、吸気空冷管３０３を介して探触子筐体１１０内部に外気が取り込まれることにより、ヒートシンク１５０が冷却される。さらに、昇温した探触子筐体１１０の内部の空気が排気されることで、探触子筐体１１０内部が冷却される。
【００２１】
また、吸気口１１４はＡＳＩＣ１４０の近傍に設けられ、排気口１１５は探触子筐体１１０の基端部側に設けられているため、外部から取り込まれた空気が直接ヒートシンク１５０に触れて効率良く冷却できると共に、探触子筐体１１０内に空気の流れを形成し、効率良く高温の空気を排気口１１５から排出させることができる。さらに、ヒートシンク１５０の上面に空気の流れに沿うように冷却フィン１５５を設けることで、放熱効果を向上できる。このため、ヒートシンク１５０に伝熱された熱を効率よく探触子筐体１１０の外部に放熱し、ＡＳＩＣ１５０などの電子部品の温度上昇及び探触子筐体１１０の局所的な温度上昇を抑制できる。
【００２２】
これらの排熱が行われることで、探触子筐体１１０の外表面の温度を低減する効果を得られる。
【００２３】
さらに、電気信号ケーブル３０２、吸気空冷管３０３、排気空冷管３０４とはケーブル３００内部で一体的に設けることで操作性を確保することができる。
【００２４】
以上のように、探触子筐体１１０内の圧電振動子１２０やＡＳＩＣ１４０の発熱による探触子筐体１１０表面の温度上昇を低減することができる。すなわち、探触子筐体１１０の表面温度を低減するために放熱性能を高めることが可能となることから、圧電振動子１２０やＡＳＩＣ１４０に対しより多くの電力投入が可能となり高感度な画像データを収集することができる。
【００２５】
また、冷媒を空気としているため、冷媒を液体とした場合のように水分が探触子筐体１１０内部に入り込まないため、液体による探触子筐体１１０内の電子部品（圧電振動子１２０、ＡＳＩＣ１４０等）の接触不良及び変質、腐食等を防止することができる。また、重量物である排気ファン２８０を装置本体２００に設けることで、超音波探触子１００に設けた場合よりも探触子を軽量化できる。
【００２６】
図６〜図８は第２の実施形態に係る超音波診断装置１０に組み込まれた超音波探触子４００を模式的に示す説明図である。図６〜図８において図１〜図５と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
超音波探触子４００は、樹脂材製の探触子筐体４１０と、この探触子筐体４１０内に同軸的に配置され、例えばアルミ材で形成された金属筐体４２０と、探触子筐体４１０内壁面と金属筐体４２０外壁面との境界を縦方向に２分割する仕切板４３０とを備えている。
【００２８】
探触子筐体４１０の先端側には音響レンズ４１１が嵌め込まれており、全体としては密閉構造となっている。探触子筐体４１０の基端側には、ケーブル３００との接合部４１２が設けられており、接合部４１２には、電気信号ケーブル３０２を通す孔部４１３、吸気空冷管３０３を通す吸気口４１４、排気空冷管３０４を通す排気口４１５が設けられている。
【００２９】
金属筐体４２０は、下端部が開口、上端部が閉塞された筒体４２１を有しており、音響レンズ４１１に面して検出部４４０が収容されている。検出部４４０には、圧電振動子、インターポーザ基板、ＡＳＩＣ（信号処理ＩＣ）が積層配置されている。このうち圧電振動子及びＡＳＩＣが超音波探触子４００内の主な熱源となる。インターポーザ基板は、信号処理部２４０と電気的な接続が行われる電気信号ケーブル３０２に接続されている。
【００３０】
仕切板４３０により仕切られた探触子筐体４１０内部は、吸気室４１０ａと排気室４１０ｂとに分けられる。仕切板４３０の下方端には、吸気室４１０ａと排気室４１０ｂとを連通する通風口４３１が設けられている。
【００３１】
このように構成された超音波探触子４００では、次のように冷却が行われる。なお、画像処理については上述した超音波探触子１００と同様である。検出部４４０における圧電振動子の動作及びＡＳＩＣの信号処理により熱が発生する。発生した熱は、金属筐体４２０の温度を上昇させ、金属筐体４２０内外の空気を熱し、超音波探触子１００全体を温度上昇させる。一方、排気ファン２８０により、排気空冷管３０４内の空気が排気され、排気室４１０ｂ及び吸気室４１０ａ内部が負圧となる。内部の気圧を平衡状態にするため、吸気空冷管３０３を介して外部の空気が取り込まれ、昇温した金属筐体４２０の表面から対流熱伝達により、取りこまれた空気に放熱する。吸気室４１０ａと排気室４１０ｂの昇温した空気が排気され、探触子筐体４１０内部が冷却される。
【００３２】
これらの排熱が行われることで、探触子筐体４１０の外表面の温度は皮膚に害のない温度に保たれる。
【００３３】
なお、仕切板４３０を設けることで、吸気された空気が金属筐体４２０の表面に行きわたるように空気の流れ（図６中二点鎖線矢印Ｆ）を作ることができ、効率の良い冷却が可能となる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…超音波診断装置、１００…超音波探触子、１１０…探触子筐体、１１０ａ…内壁面、１１０ｂ…熱伝導率の高い部材、１１１…音響レンズ、１１４…吸気口、１１５…排気口、１２０…圧電振動子、１３０…インターポーザ基板、１４０…ＡＳＩＣ（信号処理ＩＣ）、１５０…ヒートシンク、１５５…冷却フィン、１６０…フレキシブル基板、２００…装置本体、２１０…筐体、２２０…送信部、２３０…受信部、２４０…信号処理部、２５０…制御部、２６０…モニタ、２７０…操作入力部、２８０…排気ファン、３００…ケーブル、３０２…電気信号ケーブル、３０３…吸気空冷管、３０４…排気空冷管、４００…超音波探触子、４１０…探触子筐体、４１０ａ…吸気室、４１０ｂ…排気室、４１１…音響レンズ、４１４…吸気口、４１５…排気口、４２０…金属筐体、４３０…仕切板、４３１…通風口、４４０…検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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