(57)【要約】【課題】放熱効率が高く、温度上昇を抑えることができる超音波探触子およびそれを備えた超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波探触子２は、圧電材料を備えてなり、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電部２３と、圧電部２３に接続される接地線２９とを備え、圧電部２３で生じた熱を、接地線２９を介して放熱する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料を備えてなり、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電部と、
前記圧電部に接続される接地線とを備え、
前記圧電部で生じた熱を、前記接地線を介して放熱する超音波探触子。
【請求項２】
前記接地線と接続され、前記接地線を通じて伝導される前記熱を放熱する放熱板をさらに備えた請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記放熱板に接続され、外部に露呈するように設置された熱伝導部をさらに備えた請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記熱伝導部は、パイロリティックグラファイトである請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記圧電部は、第１圧電部および第２圧電部を備え、
前記第１圧電部および前記第２圧電部は互いに積層されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記圧電部における前記第１圧電部の前記圧電材料は、無機圧電材料であり、
前記圧電部における前記第２圧電部の前記圧電材料は、有機圧電材料である請求項５に記載の超音波探触子。
【請求項７】
放熱窓が形成されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の超音波探触子を備えた超音波診断装置であって、
前記超音波探触子に接続される超音波診断装置本体と、
前記超音波診断装置本体と前記超音波探触子とを電気的に接続し、複数の配線を有するケーブルと、
前記ケーブルにおける複数の配線のうち、前記接地線と接続された配線を冷却する冷却部とを備えた超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信可能な超音波探触子および超音波探触子を備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、非破壊および無害でその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断などの様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの超音波の反射波（エコー）から生成した受信信号に基づいて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ある。
【０００３】
この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ小型で安価、Ｘ線のように被爆がなく安全性が高いおよびドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）および産婦人科系などの診断などに広く利用されている。
【０００４】
この超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子を備えている。この超音波探触子は、送信信号に基づいて機械振動をすることで超音波を発生し、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超音波の反射波を受けて受信信号を生成する圧電素子を備えている。具体的には、超音波探触子は、圧電素子で構成される超音波送受信素子が例えばアレイ状に１次元または２次元配列されて構成されている。このような構成の超音波探触子は広く普及している。
【０００５】
このような超音波診断装置における超音波探触子の内部の温度は、圧電素子が機械振動することにより発生する熱および超音波探触子内に設置されている電気回路基板から発生する熱などにより上昇しやすい。特に、設置される圧電素子の数が増加すればそれに伴い発生する熱も増加する。超音波探触子の内部温度が高くなりすぎると、超音波送受信素子の感度が悪くなるという問題がある。また、被検体に当接させる超音波探触子の外部まで温度が高くなると、安全面でも問題がある。そこで、超音波探触子内部の温度が高くなりすぎることを防止すべく、様々な超音波診断装置が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、超音波探触子の内部から超音波探触子の外部へと伸びる放熱フィンを有し、それによって外部へと熱を放熱する超音波診断装置が開示されている。また、特許文献２には、超音波探触子内のバッキング材内部に熱伝導性ファイバーが充填されていて、それにより放熱する超音波診断装置が開示されている。また、特許文献３には、超音波探触子内において、回路基板から圧電素子側への熱抵抗を回路基板からケーブル側への熱抵抗に比べて大きくすることで圧電素子に流入する熱を低減し、熱による圧電素子への影響を低減する超音波診断装置が開示されている。また、特許文献４には、超音波探触子の内部に配置された、防水のためのモールド材に、熱伝導率が高い中空金属を混入し、それにより放熱する超音波診断装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２０９６９９号公報
【特許文献２】特開２００６−１２９９６５号公報
【特許文献３】特開２００６−２５８９２号公報
【特許文献４】特開２００６−２０４６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の超音波診断装置において、十分な放熱がなされているとはいえなかった。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、放熱効率が高く、温度上昇を抑えることができる超音波探触子およびそれを備えた超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る超音波探触子の一態様では、圧電材料を備えてなり、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電部と、前記圧電部に接続される接地線とを備え、前記圧電部で生じた熱を、前記接地線を介して放熱する。
【００１０】
これにより、あらたに部品を増やすことなく、放熱を効率よく行い、超音波探触子内の温度上昇を抑制することができる。また、超音波探触子内の温度上昇を抑制することから、熱による圧電材料の感度低下が生ずることがなく、超音波探触子の精度が低下することがない。また、超音波探触子が高温になりにくいため、超音波探触子の外部が熱くなりすぎることがなく、超音波探触子を被検体に当接させて使用した場合でも安全である。
【００１１】
また、上述の超音波探触子は、前記接地線と接続され、前記接地線を通じて伝導される前記熱を放熱する放熱板をさらに備えていることが好ましい。
【００１２】
これにより、圧電部で生じた熱を、さらに効率よく放熱することができる。また、圧電部で生じた熱を、圧電部から離れた箇所まで導き、放熱することができるため、熱による圧電材料の感度低下をより確実に防ぐことができる。
【００１３】
また、上述の超音波探触子において、前記放熱板に接続され、外部に露呈するように設置された熱伝導部をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
これにより、放熱板の熱を超音波探触子の外部に導いて放熱することができるので、超音波探触子内の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００１５】
また、上述の超音波探触子において、前記熱伝導部は、パイロリティックグラファイトであることが好ましい。
【００１６】
パイロリティックグラファイトは、特に熱伝導率が高く、軽量であることから、さらに効率よく放熱することができ、かつ超音波探触子が重量化することがないため、超音波探触子の操作性が低下することがない。
【００１７】
また、上述の超音波探触子において、前記圧電部は、第１圧電部および第２圧電部を備え、前記第１圧電部および前記第２圧電部は互いに積層されていることが好ましい。
【００１８】
これにより、圧電部が２層の第１および第２圧電部を備えるので、いずれか一方を、例えば、第１圧電部を、超音波信号を送信する超音波送信部として用いると共に、他方を、例えば、第２圧電部を、超音波信号を受信する超音波受信部として用いることができる。このため、超音波送信部の第１圧電部を送信用により適したものとすることができると共に、超音波受信部の第２圧電部を受信用により適したものとすることができる。したがって、第１および第２圧電部がそれぞれ超音波送信部および超音波受信部として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１および第２圧電部が積層されているので、小型化が可能となる。
【００１９】
また、上述の超音波探触子において、前記圧電部における前記第１圧電部の前記圧電材料は、無機圧電材料であり、前記圧電部における前記第２圧電部の前記圧電材料は、有機圧電材料であることが好ましい。
【００２０】
これにより、送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子を第１圧電部に用いると共に、超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子を第２圧電部に用いた超音波探触子が提供される。
【００２１】
また、上述の超音波探触子において、放熱窓が形成されていることが好ましい。
【００２２】
これにより、超音波探触子の放熱効率がより高くなり、超音波探触子内の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００２３】
そして、本発明の他の一態様にかかる超音波診断装置は、これら上述のうちのいずれかの超音波探触子を備え、前記超音波探触子に接続される超音波診断装置本体と、前記超音波診断装置本体と前記超音波探触子とを電気的に接続し、複数の配線を有するケーブルと、前記ケーブルにおける複数の配線のうち、前記接地線と接続された配線を冷却する冷却部とを備える。
【００２４】
このような構成の超音波診断装置は、接地線に接続されたケーブルの配線を冷却部により冷却することで、圧電部で生じた熱が伝導される接地線の放熱効果を促進する。したがって、超音波探触子内の温度上昇を抑制することができ、熱による圧電材料の感度低下を防ぎ、高精度の画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、放熱効率が高く、温度上昇を抑えることができる超音波探触子およびそれを備えた超音波診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２７】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の内部の構成を示す図である。
【００２８】
超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信すると共に、被検体で反射した超音波の反射波（エコー）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して超音波を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体内からの超音波の反射波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２９】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１４とを備えて構成されている。
【００３０】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００３１】
送信部１２は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に超音波を発生させる回路である。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を画像処理部１５へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換器等を備えて構成される。また、冷却部１４は、制御部１７の制御に従って、ケーブル３内の接地線３１ｂを冷却する。冷却部１４の構造は、例えばファンにより風を循環させる構成の空冷式のものとすればよい。なお、冷却部１４の構造は、これに限定されるわけではなく、例えば空冷式あるいは水冷（油冷）式とすればよく、これら以外の冷却方法を用いるものでもよい。
【００３２】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、所定の信号から画像を生成する。具体的には、被検体で反射した超音波信号（エコー）に基づく受信信号に基づいて例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成する回路であり、例えばマイクロプロセッサ等の演算回路を備えて構成される。また、画像処理部１５は、例えばＢモード処理回路、ドプラ処理回路またはカラーモード処理回路等を備えている。受信信号はこれら処理回路にて所定の処理を施される。例えば、Ｂモード処理回路は受信信号の振幅情報の映像化を行い、受信信号からＢモード超音波ラスタデータを生成する。また、ドプラ処理回路は受信信号からドプラ偏移周波数成分を取り出し、さらにＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。また、カラーモード処理回路は、速度、分散、パワー等の情報を含む血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。前記血流情報は、２値化情報として得られる。また、画像処理部１５は、前記超音波ラスタデータを直交座標で表されるデータに変換する。
【００３３】
また、本実施形態に係る超音波診断装置Ｓは、３次元表示が可能であることが好ましい。例えば、画像処理部１５では、まず被検体の組織形状を２次元情報として表す多数の断層像データを生成する。さらに、画像処理部１５は、超音波探触子２の位置情報に基づいて、この断層像を３次元的に並べ、断層像間の間隙を補間し、ボクセル（ｖｏｘｅｌ）と呼ばれる輝度の値を持った小さな立方体の集合体であるボリュームデータを構築し、さらにレンダリング処理により３次元画像を生成する。
【００３４】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３５】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信回路１２、受信回路１３、冷却部１４、画像処理部１５および表示部１６を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３６】
ケーブル３は超音波探触子２と超音波診断装置本体１とを電気的に接続するものであり、  超音波探触子２の基板２６等および超音波診断装置本体１の送信部１２、受信部１３等の間で電気信号を授受するために、ケーブル信号線３１ａ、ケーブル接地線３１ｂからなる多数の導線３１を束ねたものとなっている。より具体的には、ケーブル３は同心多軸ケーブルとすればよい。ケーブル３における導線３１は銅などの金属により構成され、それぞれ絶縁体によって被覆された構成である。さらに、束ねた導線３１の周りは電磁シールド用の金属部材３ｂによって覆われ、その外側が絶縁体３ａで被覆されている。なお、本実施形態は、ケーブル接地線３１ｂを用いて熱を冷却部１４まで伝導して外部に放熱する構成である。したがって、導線３１はより太いほうが熱の伝導率が高いため好ましい。また、導線３１が単線ではなく複線であるほうが好ましい。ただし、ケーブル３が太くなりすぎるとケーブル３の柔軟性が低下するため、超音波探触子２の操作性が低下することを考慮することが好ましい。なお、同軸多心ケーブルは超音波診断装置に一般的に用いられるケーブルであり、導線３１である超極細同軸ケーブルが複数本束ねられた構成である。より具体的には、外径が１０μｍ〜６０μｍの超極細同軸ケーブルが１３０本以上束ねられている。
【００３７】
超音波探触子（超音波プローブ）２は、例えば、図３に示すように、熱伝導層２１と、音響制動部材２２と、圧電部２３と、第１音響整合層２４と、音響レンズ２５と、圧電部２３に電気信号を送受信するための第１および第２信号線２７および２８と、接地線２９と、回路素子が実装された基板２６と、接地線２９と接続された放熱板２０２と、放熱板２０２と接続され、一部が外部に露呈している熱伝導部２０３と、音響レンズ２５および熱伝導部２０３以外のこれらすべてを覆うプローブケース２０１とを備えている。また、超音波探触子２において、音響レンズ２５とは対向する端部からはケーブル３が引き出されている。
【００３８】
熱伝導層２１は、熱伝導性の高い材料、例えば金属等により構成されていて、圧電素子が機械振動することにより発生する熱を放熱するために、圧電部２３から離れる方向に熱を導く。音響制動部材２２は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部２３から音響制動部材２２方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００３９】
圧電部２３は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部２３は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３（導線３１）を介して入力された送信の電気信号を超音波信号へ変換してこの超音波信号を送信すると共に、受信した超音波信号を電気信号に変換してこの電気信号（受信信号）を、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。超音波探触子２が被検体に当てられることによって圧電部２３で生成された超音波信号が被検体内へ送信され、被検体内からの超音波の反射波が圧電部２３で受信される。
【００４０】
圧電部２３は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第１および第２圧電部２３１および２３４を備え、第１および第２圧電部２３１および２３４は、互いに積層されている。具体的には、第１圧電部２３１上に第２圧電部２３４が積層され、第２圧電部２３４の前方に超音波信号の送受信面がある。なお、本実施形態では、第１および第２圧電部２３１、２３４の間には、互いに積層された第２および第３音響整合層２３２および２３３が配置されている。この第２および第３音響整合層２３２、２３３は、第１圧電部２３１と第２圧電部２３４とを積層するための部材であり、第１圧電部２３１と第２圧電部２３４との音響インピーダンスを整合させるものである。なお、第１圧電部２３１と第２圧電部２３４との間の音響整合層は、第２および第３音響整合層２３２および２３３の２層構造とすることで、１層構造に比べて受信周波数の広帯域化が可能であり、整合させる音響インピーダンスの範囲が広がり、より効率良く超音波を伝えることができる。
【００４１】
このように第１および第２圧電部２３１および２３４からなる２層構造の圧電部を備えているため、その一方を、例えば、第１圧電部２３１を、超音波信号を送信する超音波送信部に用いると共に、その他方、例えば、第２圧電部２３４を、超音波信号を受信する超音波受信部に用いることができる。このため、超音波送信部の第１圧電部２３１を送信用により適したものとすることができると共に、超音波受信部の第２圧電部２３４を受信用により適したものとすることができる。したがって、第１および第２圧電部２３１および２３４がそれぞれ超音波送信部および超音波受信部として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１および第２圧電部２３１および２３４が積層されているので、小型化が可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、例えば、圧電部２３における第１圧電部２３１は、無機圧電材料を備えて構成されており、この無機圧電材料から成る所定の厚さの圧電体における両面
に一対の電極を備えて構成されている。この圧電体の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第１圧電部２３１に用いられている。
【００４３】
そして、本実施形態では、例えば、圧電部２３における第２圧電部２３４は、有機圧電材料を備えて構成されており、この有機圧電材料から成る所定の厚さの圧電体における両面に一対の電極を備えて構成されている。この圧電体の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、この圧電体の厚さは、約５０μｍである。有機圧電材料は、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン／３フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が６０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が８５ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電体を作製することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、Ｈ２Ｎ−Ｒ−ＮＨ２構造を挙げることができる。ここで、Ｒは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、２価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。本実施形態では、このように超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子が第２圧電部２３４に用いられている。
【００４４】
なお、圧電部２３は音響制動部材２２上に、互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な２方向、例えば、互いに直交する２方向にｍ行×ｎ列で配列される２次元アレイ状に配列されている（ｍ、ｎは、正の整数である）。なお、これら複数の圧電素子の相互干渉を低減するために、これら複数の圧電素子間に、超音波を吸収する音響吸収材が充填されてもよい。この音響吸収材によって各圧電素子間におけるクロストークの低減が可能となる。また、第１圧電部２３１の圧電素子の個数と第２圧電部２３４の圧電素子の個数を同一としてもよいし、異なることとしてもよい。例えば、第２圧電部２３４の圧電素子の個数が第１圧電部２３１の圧電素子の個数より多くてもよい。このように構成されることにより、第１圧電部２３１における１個の圧電素子のサイズ（大きさ）を大きくすることが可能となり、その送信パワーを大きくすることができると共に、第２圧電部２３４の圧電素子の個数を多くすることが可能となり、その受信分解能を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、第１音響整合層２４は、圧電部２３の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。より具体的には、本実施形態では、第１音響整合層２４は、第１圧電部２３１の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとると共に、第２圧電部２３４の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。音響レンズ２５は、圧電部２３から被検体に向けて送信される超音波信号を収束する部材であり、例えば、図３に示すように、円弧状に膨出した形状とされている。
【００４６】
第１および第２信号線２７および２８は、超音波診断装置本体１の受信部１３および送信部１２と、基板２６、ケーブル３のケーブル信号線３１ａを介して電気的に接続されている。第１および第２信号線２７および２８は、それぞれ第２圧電部２３４から受信部１３への電気信号および送信部１２から第１圧電部２３１への電気信号を伝達する。本実施形態では、圧電部２３の第１圧電部２３１は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル信号線３１ａおよび第２信号線２８を介して電気信号が入力され、この電気信号を超音波信号へ変換し、この変換した超音波信号を第２および第３音響整合層２３２、２３３、第２圧電部２３４、第１音響整合層２４および音響レンズ２５を介して被検体へ送信する。そして、圧電部２３の第２圧電部２３４は、超音波信号が音響レンズ２５および第１音響整合層２４を介して被検体から受信され、この受信された超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号として第１信号線２７およびケーブル信号線３１ａを介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。本実施形態では、上述したように第１圧電部２３１が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部２３を備えた超音波探触子２は、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波の超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第２圧電部２３４が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部２３を備えた超音波探触子２は、高調波の超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４７】
また、接地線２９は、第１および第２圧電部２３１および２３４のそれぞれを電気的に接地するためのものである。そして、本実施形態においては、接地線２９は圧電部２３において発生した熱を放熱する働きをする。より具体的には、接地線２９は放熱板２０２を介してケーブル３のケーブル接地線３１ｂと接続されており、第１および第２圧電部２３１および２３４により生じた熱は、接地線２９、放熱板２０２およびケーブル接地線３１ｂを伝わって冷却部１４へと導かれる（図１参照）。ケーブル接地線３１ｂは、例えば冷却部１４において接地されればよい。このように、接地線２９を放熱手段として用いるため、接地線２９は熱伝導性の高い材料により構成されることが好ましい。例えば、金、銀、白金等の貴金属、または銅、ニッケル／銅、イリジウムドーピングされた銀等により構成されることとすればよい。また、接地線２９は、電極（図示せず）を介して第１および第２圧電部２３１および２３４と電気的に接続されているため、この電極についても接地線２９と同様に上記熱伝導性の高い材料により構成されることが好ましい。例えば、金、銀、白金等の貴金属、または銅、ニッケル／銅、イリジウムドーピングされた銀等で構成されることとすればよい。
【００４８】
基板２６には、電子回路素子が実装されていて、第１信号線２７、第２信号線２８およびケーブル信号線３１ａが接続されている。例えば、基板２６には、超音波探触子２における超音波ビーム形成処理等の処理速度が向上するような回路が実装されることとすれば好ましい。
【００４９】
放熱板２０２は板状であって、接地線２９と接続されている。放熱板２０２は、接地線２９から圧電部２３において生じた熱が伝導される。放熱板２０２は熱伝導性が高いことが好ましく、例えば、銅、アルミニウム、ジュラルミン、チタン、ステンレス、亜鉛、錫または金、銀、白金やパラジウムのような貴金属により構成されることが好ましい。なお、原子量の小さい元素であるチタンやジュラルミン等の金属により放熱板２０２を構成することで、超音波探蝕子２を軽量化できることから、特に好ましい。また、貴金属はコストが高いので、貴金属以外を用いることがコスト面では有利である。なお、本実施形態では、放熱板２０２は第１および第２圧電部２３１および２３４のそれぞれの接地線２９に対応して１枚ずつ設置されている。また、放熱板２０２はケーブル接地線３１ｂとも接続されている。これにより、圧電部２３において生じた熱は、接地線２９、放熱板２０２、ケーブル接地線３１ｂを通じて冷却部１４へと伝導する。
【００５０】
熱伝導部２０３は放熱板２０２のケーブル３側の端部に接続されていて、その一部はプローブケース２０１を貫通して外部に露呈している。このような構成であることから、接地線２９、放熱板２０２を通じて伝導してきた圧電部２３において生じた熱を熱伝導部２０３により超音波探触子２の外部に放熱することができる。また、熱伝導部２０３が超音波探触子２の外部に露呈している箇所は、プローブケース２０１において、ケーブル３により近い位置とすることが好ましい。これにより、超音波探触子２の中央部からは放熱されることがなく、中央部が高温になることはない。そのため、操作者は、安心して超音波探触子２の中央部を把持して、操作することができる。
【００５１】
ここで、熱伝導部２０３は、熱伝導性の高いことが好ましい。例えば、金属や、熱硬化性樹脂にセラミックフィラーを充填した樹脂とすればよい。より具体的には、セラミックフィラー７０重量％以上９５重量％以下と、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下からなることとすればよい。このように、熱硬化性樹脂に対して、高濃度にセラミックフィラーが充填されているため、熱伝導率を高くすることができる。なお、これ以上セラミックフィラーの充填量を増加させると、熱伝導部２０３の強度が低下する。なお、セラミックフィラーは球形状、針形状、ロッド形状、紡錘形状など適宜選択可能である。また、セラミックフィラーの直径は０．１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。セラミックフィラーの直径が、０．１μｍ未満の場合は、熱硬化性樹脂への分散が難しくなり、また１００μｍを超えると熱伝導部２０３を形成した場合に、その厚みが厚くなるため熱拡散性に影響を与える可能性がある。
【００５２】
また、例えば、異なる粒径を有する複数のセラミックフィラーを充填してもよい。例えば、平均粒径３μｍと平均粒径１２μｍの２種類のＡｌ２Ｏ３を混合して、熱硬化性樹脂に充填した場合は、大きな粒径のＡｌ２Ｏ３同士の間隙に小さな粒径のＡｌ２Ｏ３が充填されることになり、充填量を増大させることができ、Ａｌ２Ｏ３を９０重量％近くまで高濃度に充填できる。この場合には、熱伝導部２０３の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。なお充填するセラミックフィラーは、Ａｌ２Ｏ３に限定されるわけではなく、また１種類に限定されるわけではない。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４およびＡｌＮの内の、少なくとも１つをセラミックフィラーとして用いればよい。セラミックフィラーを用いることで、熱伝導部２０３の放熱性を高めることができるという効果を奏する。また、セラミックフィラーとしてＳｉＯ２を用いることで、熱伝導部２０３の誘電率を小さくでき、セラミックフィラーとしてＢＮを用いることで、熱伝導部２０３の線熱膨張係数を小さくできる。なお、放熱性の影響を考慮すると、熱伝導部２０３の熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが好ましい。また、セラミックフィラーの充填量を増やすことで熱伝導率は高くなるが、充填量が多くなるほど、熱伝導部２０３の脆さが増し、加工性に影響を与えるため熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることが好ましい。
【００５３】
なお熱伝導部２０３に使用される熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも１種類の樹脂を含むこととすればよい。また、これら以外であっても、耐熱性や電気絶縁性に優れた樹脂を用いればよい。なお、熱伝導部２０３は薄いほど熱抵抗が低下するため、熱を外気に放出し易く好ましいが、絶縁耐圧は弱くなる。そこで、熱抵抗および絶縁耐圧を考慮して、最適な厚さとすればよい。より具体的には、５０μｍ以上１ｃｍ以下の厚さとすることが好ましい。
【００５４】
また、熱伝導部２０３は、金属や上述の樹脂以外にグラファイトまたはパイロリティックグラファイトから構成されることとしてもよい。熱伝導部２０３としてグラファイトまたはパイロリティックグラファイトを用いることで、金属を用いる場合に比べると、熱伝導部２０３の軽量化および放熱性の向上を実現できる。ここで、パイロリティックグラファイトとは、高温の真空炉中で、炭化水素を分解し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）技術等を用いることで得られるグラファイトである。パイロリティックグラファイトの密度は、一般的なグラファイトよりも、若干大きくなるが、金属に比べると十分軽量である。なお、パイロリティックグラファイトは、熱分解によって沈積した炭素が黒鉛構造をとって機密に配列された構成であり、層構造であることに起因して異方性を有している。すなわち、方向によって熱伝導率が異なっていて、ある方向においては熱伝導率が高く、別の方向においては熱伝導率が低い。
【００５５】
プローブケース２０１は、超音波診断装置Ｓを操作する際に操作者に把持されるものであり、プローブケース２０１の一方の端部には音響レンズ２５が突出し、他方の端部からはケーブル３が引き出されて、超音波探触子２が形成されている。また、熱伝導部２０３もプローブケース２０１から外部に突出している。さらに、プローブケース２０１には、超音波探触子２には放熱窓２０４が形成されている。それにより、超音波探触子２内で発生した熱を放熱窓２０４から外部に放出することができるため、超音波探触子２内の温度上昇を抑えることができる。また、放熱部２０４はケーブル３の引き出し箇所近傍に形成されることが好ましい。これにより、操作時に操作者が放熱窓２０４付近を把持することのない構成とすることができる。また、放熱窓２０４は貫通孔としてもよいが、超音波探触子２内にほこり等が入ることを防ぐために、放熱窓２０４には格子状または網状の蓋等がされた構成としてもよい。さらに、放熱窓２０４には金属または熱伝導性の高い樹脂等がはまり込んだ構成としてもよい。
【００５６】
このような構成の超音波診断装置Ｓでは、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると、制御部１７は、送信信号を生成するべく各部を制御し、反射受信信号を得るべく各部を制御する。すなわち、制御部１７の制御によって送信部１２で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル３のケーブル信号線３１ａを介して超音波探触子２へ供給される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル信号線３１ａおよび第２信号線２８を介して超音波探触子２の第１圧電部２３１へ供給される。第１圧電部２３１は、この電気信号の送信信号が供給されることによって超音波信号を放射する。第１圧電部２３１から音響制動部材２２方向へ放射された超音波信号は、音響制動部材２２によって吸収される。また、第１圧電部２３１から第２および第３音響整合層２３２および２３３方向へ放射された超音波信号は、第２および第３音響整合層２３２、２３３、第２圧電部２３４、第１音響整合層２４および音響レンズ２５を介して放射される。超音波探触子２が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子２から被検体に対して超音波が送信される。なお、超音波探触子２は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。この被検体に対して送信された超音波は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる１または複数の境界面で反射され、超音波の反射波（エコー）となる。この反射波には、送信された超音波信号の周波数（基本波の基本周波数）成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の２倍、３倍、４倍、５倍および６倍等の第２高調波成分、第３高調波成分、第４高調波成分、第５高調波成分および第６高調波成分等も含まれる。この反射波の超音波信号は、超音波探触子２で受信される。より具体的には、この反射波の超音波信号は、音響レンズ２５および第１音響整合層２４を介して圧電部２３の第２圧電部２３４で受信され、第２圧電部２３４で機械的な振動が電気信号に変換されて反射受信信号として取り出される。この取り出された電気信号の反射受信信号は、第１信号線２７、ケーブル３のケーブル信号線３１ａを介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力される。受信部１３は、この入力された反射受信信号を受信処理し、より具体的には、例えば増幅した後にアナログ信号からディジタル信号へ変換し、制御部１７を介して、画像処理部１５へ出力する。
【００５７】
ここで、上述において、第１圧電部２３１における複数の圧電素子から順次に超音波信号が被検体に向けて送信され、被検体で反射した超音波信号が第２圧電部２３４で受信される。
【００５８】
画像処理部１５は、制御部１７の制御によって、信号処理部１４で処理された反射受信に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度等から被検体内の内部状態の画像（超音波画像）を生成し、表示部１６は、制御部１７の制御によって、画像処理部１５で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する。なお、画像処理部１５における超音波画像の生成においては、高調波成分を用いるハーモニックイメージング技術を用いる。このハーモニックイメージング技術は、大別すると、フィルタ法と位相反転法（パルスインバージョン法）との２つの方法がある。フィルタ法は、高調波検出フィルタにより基本波成分と高調波成分とを分離し、高調波成分だけを抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。また、位相反転法は、同一方向に続けて互いに位相が反転している第１および第２送信信号を送信し、これら第１および第２送信信号に対応する第１および第２受信信号を加算することによって高調波成分を抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。
【００５９】
また、例えば、操作入力部１１から診断開始の指示が入力されると制御部１７は、冷却部１４を制御して、駆動させる。上述のように、超音波の送受信における、第１および第２圧電部２３１および２３４の機械振動等により、第１および第２圧電部２３１および２３４において発生した熱はそれぞれの電極および接地線２９を介して放熱板２０２およびケーブル接地線３１ｂに順次伝わっていく。ケーブル接地線３１ｂは、冷却部１４まで伸びており、例えば冷却部１４で接地されている。そのため、圧電部２３で生じた熱はケーブル接地線３１ｂを伝導し、冷却部１４に伝わる。冷却部１４においては、上述のように、空冷または水冷等によりケーブル接地線３１ｂが冷却されている。このようにして、第１および第２圧電部２３１および２３４で発生した熱は放熱される。また、放熱板２０２は、熱伝導部２０３とも接続されていて、第１および第２圧電部２３１および２３４で発生した熱は、電極および接地線２９を介して放熱板２０２および熱伝導部２０３に順次伝わって、外部に露呈された熱伝導部２０３を介して、超音波探触子２の外部に放熱される。さらに、第１および第２圧電部２３１および２３４で発生した熱および基板２６等で発生した熱は放熱窓２０４から超音波探触子２の外部に放熱される。このように、本実施形態に係る超音波探触子２および超音波診断装置Ｓは、第１および第２圧電部２３１および２３４で発生した熱を、接地線２９を介して放熱するので、あらたに部品を増やすことなく、効率よく放熱することができる。また、第１および第２圧電部２３１および２３４で発生した熱を、被検体に接触する音響レンズ２５側ではなく、その反対側に導き放熱することから、音響レンズ２５が高熱化することを防ぎ、被検体の安全面からも有効である。さらに、超音波探触子２内の温度上昇を防ぐことから、電気素子の誤動作の防止やノイズの低減につながり、画像のＳ／Ｎ比が向上し、スペックルノイズが低減する。
【００６０】
ここで、本実施形態に係る超音波診断装置Ｓを実際に作製して診断を行った結果を示す。図３において、第１および第２圧電部２３１および２３４は、それぞれ１２８個の圧電素子が、アレイ状に線状に配列された構成とした。放熱板２０２は厚さが１ｍｍであり、１ｃｍ×３ｃｍの面積を有する銅とし、第１圧電部２３１である無機圧電部の接地線２９を接続した。そして、放熱板２０２と３本のケーブル接地線３１ｂを接続した。冷却部１４は、空冷ファンを有し、２０Ｗの冷却装置とした。このような超音波診断装置Ｓを３０分稼動して、その被検体との接触面の温度上昇を測定した。なお、この超音波探触子２においては熱伝導部２０３を設けず、放熱窓２０４を形成していない。このときの、温度上昇は６℃であった。また、上記構成にさらに、面積が１ｃｍ×２ｃｍであるパイロリティックグラファイトを熱伝導部２０３として放熱板２０２に接続し、パイロリティックグラファイトの一部はプローブケース２０１を貫通して外部に露呈させた。このような超音波診断装置Ｓを３０分稼動して、その被検体との接触面の温度上昇を測定した。このときの、温度上昇は４℃であった。熱伝導部２０３を有する上記構成にさらに、プローブケース２０１に直径が１０ｍｍの円形の貫通孔を形成し、放熱窓２０４とした。この放熱窓２０４には厚さが２ｍｍのパイロリティックグラファイトをはめ込んでいる。このような超音波診断装置Ｓを３０分稼動して、その被検体との接触面の温度上昇を測定した。このときの、温度上昇は３℃であった。
【００６１】
なお、従来の超音波探触子、すなわち、放熱板２０２、熱伝導部２０３を有さず、放熱窓２０４も形成されていない構成の超音波探触子を備えた超音波診断装置を３０分稼動して、その被検体との接触面の温度上昇を測定した。このときの、温度上昇は１０℃であった。このように、本実施形態の超音波探触子２および超音波診断装置Ｓは放熱効率が高いことがわかる。
【００６２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の内部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      超音波診断装置本体                    ２      超音波探触子
３      ケーブル                              ３ａ    絶縁体
３ｂ    金属部材                              １１    操作入力部
１２    送信部                                １３    受信部
１４    冷却部                                １５    画像処理部
１６    表示部                                １７    制御部
２１    熱伝導層                              ２２    音響制動部材
２３    圧電部                                ２４    第１音響整合層
２５    音響レンズ                            ２６    基板
２７    第１信号線                            ２８    第２信号線
２９    接地線                                ３１    導線
３１ａ  ケーブル信号線                        ３１ｂ  ケーブル接地線
２０１  プローブケース                        ２０２  放熱板
２０３  熱伝導部                              ２０４  放熱窓
２３１  第１圧電部                            ２３２  第２音響整合層
２３３  第３音響整合層                        ２３４  第２圧電部
Ｓ      超音波診断装置    
【図１】
2009297352.tif 000003
【図２】
2009297352.tif 000004
【図３】
2009297352.tif 000005