(57)【要約】超音波プローブは、プローブ本体（２）と、コネクタ（１）と、プローブ本体（１）とコネクタ（１）とを電気的に接続するためのケーブル（９）とを有する。プローブ本体（２）は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサ（４）と、トランスデューサ（４）の動作期間中に達する特定温度で固体から液体への相変化を起こし、特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材（３０）とを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、
前記プローブ本体は、
超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、
前記トランスデューサの動作期間中に達する特定温度で固体から液体への相変化を起こし、前記特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材とを有する超音波プローブ。
【請求項２】
前記特定温度は、３０℃〜５０℃の範囲から選択的に設定される請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記相変化部材は、前記トランスデューサが連続波ドプラモードのもとで動作する期間中に前記特定温度に達する請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサとともに前記相変化部材を収容するプローブハウジングをさらに有する請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングをさらに有し、
前記相変化部材は、前記プローブハウジングに対する着脱性を有する請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記トランスデューサは、２次元状に配列された複数のトランスデューサ素子を有する請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記相変化部材は、相変化点が相違する複数の相変化剤を有する請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記相変化部材は、相変化剤と、前記相変化剤を収容する膜又は容器とを有し、
前記相変化剤には、前記相変化に伴う体積変化を許容するために複数の気泡が混入されている請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記相変化部材は、相変化剤と、前記相変化剤を収容する膜又は容器とを有し、
前記膜又は容器は、樹脂、金属、グラファイト、又はそれらの複合材料からなる請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記相変化部材は、前記トランスデューサの背面に配置されている請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記相変化部材は、前記トランスデューサの背面と側面を取り囲むように配置されている請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングをさらに有し、
前記相変化部材は、前記プローブハウジングの側面に形成された凹部に収納される請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記相変化部材は、前記トランスデューサに対してヒートパイプを介して接続される請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内側面に形成された電磁シールド部材とをさらに有し、
前記相変化部材は、前記電磁シールド部材を介して前記トランスデューサに接続される請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部に充填される充填部材とをさらに有し、
前記相変化部材は、前記充填部材を介して前記トランスデューサに接続される請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記プローブ本体は、前記トランスデューサを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部に設置された冷却部とをさらに有し、
前記相変化部材は、前記冷却部の放熱面に接触される請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記冷却部はペルチェ素子を有する請求項１６記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記冷却部は、冷媒循環型の冷却機構の熱交換部である請求項１６記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、
前記プローブ本体は、
超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、
前記トランスデューサの特定温度を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤と、
前記トランスデューサと前記熱緩衝剤とを収容するプローブハウジングと、
前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブ。
【請求項２０】
前記特定温度は、前記トランスデューサの動作期間中に達する温度に設定されている請求項１９記載の超音波プローブ。
【請求項２１】
プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、
前記プローブ本体は、
超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、
前記トランスデューサの特定温度に達した状態から前記特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤と、
前記トランスデューサと前記熱遅延剤とを収容するプローブハウジングと、
前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブ。
【請求項２２】
前記特定温度は、前記トランスデューサの動作期間中に達する温度に設定されている請求項２１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、超音波診断装置に装着される超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】  被検体内に超音波を送信し、被検体からの反射波をエコー信号として受信して被検体内の検査を行う超音波診断装置は、医用分野において広く用いられている。超音波診断装置には超音波の送受信を行う超音波プローブが備えられており、その超音波プローブは被検体に当接して使用されるものである。【０００３】  従来技術に係る超音波プローブの構成について説明する。図１１に示すように、プローブ本体１０２は、プローブハウジング１０３を有する。プローブハウジング１０３は、トランスデューサユニット１２８、フレキシブルプリント配線基板１０８、電磁シールド部材１１２を収容する。トランスデューサユニット１２８は、トランスデューサ１０４、音響整合層１０５、音響レンズ１０６、バッキング材１０７から構成される。トランスデューサ１０４は、一次元又は二次元状に配列された複数のトランスデューサ素子からなる。各トランスデューサ素子は、振動子として典型的には圧電素子と、圧電素子の一面に形成された共通電極と、対向面に形成された個別電極とからなる。複数のトランスデューサ素子が有する複数の個別電極は、フレキシブルプリント配線基板１０８に印刷された複数の信号線により引き出される。複数の信号線は複数のケーブル線材１１１に接続される。束ねられた複数のケーブル線材１１１は、プラスチック等の被膜とともに、ケーブル１０９を構成する。ケーブル１０９はクランプ１１０を介してプローブハウジング１０３から引き出される。プローブ本体１０２は、ケーブル１０９の端部に設けられたコネクタ１０１により外部の超音波診断装置に接続される。【０００４】  トランスデューサ１０４は、超音波／電気の変換に際して発熱する。トランスデューサ１０４で発生した超音波の一部は、トランスデューサ１０４内で吸収される。それにより熱が発生する。また、フレキシブルプリント配線基板１０８にはマルチプレクサ等の電子回路が搭載されており、その電子回路において熱が発生する。【０００５】  超音波プローブは被検体表面に当てられる。そのため被検体と接触する音響レンズ１０６の表面温度には上限値が設定されている。その一方で、超音波診断装置によって得られる画像のＳ／Ｎは、超音波の送信パワーの増加に比例して向上する。従って音響レンズ１０６の表面温度が上限値に達しない範囲で、超音波の送信パワーを高くすることが、要求される。【０００６】  従来の熱対策には、トランスデューサから発生する熱を、トランスデューサから離れた位置に伝達する手段を設ける（特開平９−１４０７０６号公報）、トランスデューサから発生する熱をケーブルに導く手段を設ける（特開平１０−９４５４０号公報）、２種類の封止樹脂を設ける（特開平１０−８５２１９号公報）があった。【０００７】  しかしながら、超音波診断装置によって超音波を送受信する駆動方法・条件は１つに限らず、その時々の診断内容に応じて駆動方法・条件を変えて診断を行っている。そのため、実際は、駆動方法・条件によって超音波プローブ内で発生する熱量も異なっている。【０００８】  一方、超音波プローブの使用条件は最も温度が上昇する駆動方法・条件や使用方法を想定し、その条件下でも安全な温度を維持できるように設定する���要がある。そのため、駆動方法・条件によっては温度上昇が小さく、安全基準に対して余裕がある場合がある。また、他の駆動方法・条件によっては温度上昇が大きく、安全基準に近接した状況で超音波診断装置を使用する場合もある。このように、駆動方法・条件によって安全性に大きな差がある。【０００９】  また、駆動方法によっては、安全な温度を維持するために超音波プローブの送信音響パワーや回路基板の消費電力を抑制し、得られる画像の質を犠牲にしている場合がある。【００１０】  駆動方法・条件の違いによる超音波プローブの温度上昇の差を考慮に入れつつ温度上昇を抑制する方法として、超音波プローブ内の平均的な比熱を大きくし、温度変化し難い構造にすることが考えられている。一方、超音波プローブの操作性を高めるためには比重が軽いものが好ましい。しかしながら、比熱が大きな材料を使用することは、一般的に比重を大きくし、超音波プローブ全体の重量増加につながるため、超音波プローブを操作する操作者の負担が増してしまう。一般的には比熱が大きいほど比重は重くなる傾向にあるため、両方の性質をともに満足する材料は期待できない。
【発明の開示】
【００１１】  本発明の目的は、超音波プローブにおいて特定温度を超える温度上昇を効果的に抑制することにある。
【００１２】  本発明の第１局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの動作期間中に達する特定温度で固体から液体への相変化を起こし、前記特定温度未満で液体から固体への相変化を起こす性質を有する相変化部材とを有する超音波プローブが提供される。
【００１３】  本発明の第２局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの特定温度を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤（サーマル・バッファリング・エージェント）と、前記トランスデューサと前記熱緩衝剤とを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブが提供される。
本発明の第３局面において、プローブ本体と、コネクタと、前記プローブ本体と前記コネクタとを電気的に接続するためのケーブルとを有する超音波プローブにおいて、前記プローブ本体は、超音波と電気とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサの特定温度に達した状態から前記特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤（サーマル・ディレイング・エージェント）と、前記トランスデューサと前記熱遅延剤とを収容するプローブハウジングと、前記プローブハウジングの内部を充填する充填剤とを有する超音波プローブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第３の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第３の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の第４の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第５の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の第５の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは本発明の第６の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは相変化部材を取り外した状態の図８Ａの超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の第７の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは本発明の第８の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは図１０Ａのプローブホルダを示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは図１０Ｂのファンスイッチを示す図である。
【図１１】図１１は従来技術に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明の実施形態を説明する。【００１６】［第１の実施形態］
図１に示すように、プローブ本体２は、プローブハウジング３を有する。プローブハウジング３は、トランスデューサユニット２８、フレキシブルプリント配線基板８、電磁シールド部材２を収容する。プローブハウジング３の内面には、内部を外乱電磁波から遮蔽するための金属膜、金属網、又は金属製ケースの電磁シールド部材１２が貼り付けられている。トランスデューサユニット２８は、トランスデューサ４、音響整合層５、音響レンズ６、バッキング材１０７から構成される。バッキング材１０７は、トランスデューサ４の背面に装着される。音響整合層５は、トランスデューサ４の前面に装着される。音響整合層５は、超音波の伝播損失を低減させるために設けられている。音響レンズ６は、音響整合層５の前面に装着される。音響レンズ６は超音波を集束させるために設けられている。音響レンズ６は、プローブハウジング３の先端に形成された開口部に嵌め込まれる。検査時には、音響レンズ６の表面が被検体の体表面に接触される。【００１７】  トランスデューサ４は、一次元又は二次元状に配列された複数のトランスデューサ素子からなる。各トランスデューサ素子は、典型的には圧電セラミックスの圧電素子と、圧電素子の一面に焼き付け、蒸着、又はめっき処理により形成された共通電極と、対向面に形成された個別電極とからなる。複数のトランスデューサ素子が有する複数の個別電極は、フレキシブルプリント配線基板８に印刷された複数の信号線により引き出される。複数の信号線は複数のケーブル線材１１に接続される。束ねられた複数のケーブル線材１１は、プラスチック等の被膜とともに、ケーブル９を構成する。ケーブル９はクランプ１０を介してプローブハウジング３から引き出される。プローブ本体２は、ケーブル９の端部に設けられたコネクタ１により外部の超音波診断装置に接続される。【００１８】  なお、フレキシブルプリント配線基板８には、電子回路として典型的にはマルチプレクサが搭載されてもよい。マルチプレクサは、複数のトランスデューサ素子に接続される複数の信号線と、複数のケーブル線材１１との間の接続を高速に切り替えるために設けられる。【００１９】  トランスデューサ４の各トランスデューサ素子の電極間には、外部の超音波診断装置のパルサから、コネクタ１、ケーブル９および信号線を介して高周波の電圧信号が印加される。トランスデューサ４の各トランスデューサ素子の圧電素子は高周波の電圧信号により機械的に振動する。それにより超音波が発生する。また、被検体からの反射波は圧電素子を機械的に振動する。それにより各トランスデューサ素子の電極間に電圧が発生する。発生した電圧信号は、信号線、ケーブル９及びコネクタ１を介して外部の超音波診断装置に供給される。【００２０】  超音波診断装置は、Ｂモード処理系、ドプラモード処理系、カラーモード処理系の少なくとも一を有する。Ｂモード処理系は、包絡線検波処理、対数圧縮処理、輝度変調処理等を行うために構成されている。ドプラモード処理系は、直交検波、ドプラ偏位周波数成分の取り出し、フィルタ処理、ＦＦＴ処理等を行うために構成されている。カラーモード処理系が、直交検波、フィルタ処理、自己相関演算処理、流速・分散演算処理等を行���ために構成されている。Ｂモード処理系、ドプラモード処理系又はカラーモード処理系で発生された画像は、デジタルスキャンコンバータ回路を介してディスプレイに表示される。【００２１】  プローブハウジング３には、トランスデューサユニット２８、フレキシブルプリント配線基板８及び電磁シールド部材２とともに、相変化部材３０が収容される。また、プローブハウジング３の内部のトランスデューサユニット２８、相変化部材３０、フレキシブルプリント配線基板８及びケーブル線材１１等を固定し、またフレキシブルプリント配線基板８の信号線及びケーブル線材１１の絶縁性を確保するために、プローブハウジング３の内部は、熱伝導性を有するウレタン樹脂等の充填剤１４で充填されている。【００２２】  相変化部材３０は、トランスデューサ４が動作期間中に達する特定温度で固体から液体に相変化を起こし、特定温度未満で液体から固体に相変化を起こす相変化剤１３と、相変化剤１３を収容する膜又は容器３１とからなる。相変化剤１３には、相変化による体積変化を許容するために複数の気泡３２が混入されている。なお、相変化剤１３には、ゲル化剤が混合されていても良い。相変化剤１３の相変化を起こす特定温度（相変化点）は、３０℃〜５０℃の範囲から任意に選択された温度に設定される。実際には、トランスデューサ４の動作とともにトランスデューサユニット２８の特に音響レンズ６の温度が上昇し、上限温度として例えば４２℃又はそれより若干低い例えば４０℃に達した時に、相変化剤１３が達する温度が特定温度（相変化点）として設定されている。上限温度は、多くの場合、Ｍモード、Ｂモード、カラードプラで用いられる距離分解能を有するパルス波モードの動作期間中には達せず、単位時間あたりの送信パワーの比較的高い連続波ドプラモードの動作期間中に達する。【００２３】  相変化剤１３が特定温度に達したとき、固体から液体に相変化が起きる。その際、非常に大きなエネルギーを吸収し、周囲の温度上昇を抑える効果を発揮する。この効果は、相変化剤１３が完全に液体に変化する間で継続する。相変化部材３０は、トランスデューサユニット２８、特に音響レンズ６が上限温度（例えば４２℃）を超える温度上昇を緩衝する熱緩衝剤（サーマル・バッファリング・エージェント）として機能する。換言すると、相変化部材３０は、トランスデューサユニット２８、特に音響レンズ６が特定温度（例えば４２℃）に達した状態から特定温度を超える状態への移行を遅延させる熱遅延剤（サーマル・ディレイング・エージェント）として機能する。それにより例えば連続波ドプラモード下での超音波診断期間を長期化することができる。または、パルス波／連続波ドプラモードにおいて、送信パワーを高くして、エコー信号のＳＮ比を向上することができる。【００２４】  相変化剤１３の相変化点は、３０℃〜５０℃の範囲から選択的に設定されているので、相変化点未満の温度環境下で、液体から固体に相変化を戻す、つまり冷却効果をチャージすることができる。相変化剤１３は、保管時はもちろん、検査中であっても非動作時、さらには低い送信パワーで動作している時にも、冷却効果をチャージすることができる。【００２５】  次に、相変化剤１３として用いられる相変化材料の具体例について説明する。相変化材料として、例えば、日本ブロア株式会社製の「Ｃ３２」を用いる。この相変化材料Ｃ３２の物性を以下に説明する。【００２６】  融点：３２℃
比重：１．４５
潜熱：５４Ｗｈ／ｋｇ
比熱：１Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ
このときのプローブハウジング３の比熱を０．４［Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ］とし、比重を１．０８［ｇ／ｃｍ３］とする。また、バッキング材７の比熱を０．７［Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ］とし、比重を３［ｇ／ｃｍ３］とする。封止樹脂材１４については、上述したように、比熱を０．５３［Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ］とし、比重を０．０２９［ｇ／ｃｍ３］としている。【００２７】  プローブ本体２のグリップ部（プローブハウジング３）の体積を５０ｃｃとすると、その内部に充填させる封止樹脂材１４の体積は２０ｃｃ〜３０ｃｃとなる。２０ｃｃ〜３０ｃｃのうち、１０ｃｃを相変化材料Ｃ３２に置き換えると、潜熱により約０．７８Ｗの熱量を１時間、吸収することができる。プローブ本体２の種類は多く、プローブ本体２の種類によって発熱量は異なるが、仮に０．３９Ｗの熱を発するプローブ本体２に対して１０ｃｃの相変化材料Ｃ３２を用いると、２時間以上、プローブ本体２内の温度を３２℃以下に抑制することが可能となる。【００２８】  また、プローブ本体２内の温度を４８℃以下に抑制するために、例えば、日本ブロア株式会社製の「Ｃ４８」を用いる。この相変化材料Ｃ４８の物性は以下のようになっている。【００２９】  融点：４８℃
比重：１．３６
潜熱：６０Ｗｈ／ｋｇ
比熱：１Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ
本実施形態においては日本ブロア株式会社製の相変化材料「Ｃ３２」及び「Ｃ４８」を用いたが、相変化材料を変えることによって融点及び潜熱を変えることが可能である。よって、適切な材料を用いることで、プローブ本体２内の温度を所定時間、３０℃以下や、３０℃〜５０℃に抑制することが可能となる。例えば、融点が４０℃の相変化材料を用いることによって、プローブ本体２内の温度を所定時間、４０℃以下に抑制することができる。また、本実施形態においては、潜熱が５４［Ｗｈ／ｋｇ］と６０［Ｗｈ／ｋｇ］の例について説明したが、その間の潜熱を有する相変化材料についてもその潜熱の分だけ熱を吸収するため、プローブ本体２内部の温度上昇を抑制することが可能となる。【００３０】  なお、融点が５０℃より高温の相変化材料を用いても構わない。熱の伝導はプローブ本体２の形状や内部の構成に起因するため、プローブ本体２の設計に併せて、プローブ本体２の使用温度範囲に対応した相変化材料を用いる。従って、プローブ本体２の内部部品の配置や形状によっては、融点が５０℃より高温の相変化材料を用いても、音響レンズ６の表面温度の上昇を抑制することができる場合もある。【００３１】  プローブハウジング３の内部構造を固定し、フレキシブルプリント配線基板８の信号線やケーブル線材１１を絶縁するための封止樹脂材１４として、例えば、発泡性のウレタン樹脂を用いることで封止樹脂１４の重さを軽くし、そのことによりプローブ本体２の重さを軽くすることができる。例えば、比熱が０．５３［Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ］で、比重が０．０２９［ｇ／ｃｍ３］で、熱伝導率が０．０３８［Ｗ／（ｍＫ）］の発泡ポリスチレンを用いる。比重が０．０２９［ｇ／ｃｍ３］であるため、プローブ本体２の重さを比較的に軽くすることが可能となる。【００３２】  以上のように、超音波プローブの内部に相変化部材を設置し、融解時における潜熱を利用することにより、超音波プローブの温度、特に被検体と接触する音響レンズ６の表面温度の上昇を抑制することが可能となる。相変化部材の相変化点の調整により、温度上昇を抑制する必要のある時点で冷却効果を効果的に発揮することができる。また、従来技術のように比熱が大きい（比重が大きい）材料を設置する必要がないため、超音波プローブの重量を軽減することが可能となる。【００３３】  本実施形態における相変化剤１３は、常温では固体相の状態であり、常温から温度上昇した場合に固体相から液体相に相変化する相変化材料からなる。「常温」、つまり超音波プローブを使用する環境（病院の検査室等）の一般的な温度で、相変化剤１３は、液体相から固体層に戻る。液体相から固体層に戻すために、相変化剤１３を冷蔵庫や冷凍庫に保管する必要がない。本実施形態は、相変化材料からなる相変化剤１３が常温から温度上昇して、固体相から液体相に融解する際に融解潜熱分の熱量を吸収することを利用したものである。超音波プローブを使用しているときに内部の温度が上昇しても、相変化剤１３が固体相から液体相に相変化することで、相変化剤１３が融解潜熱分の熱量を吸収することができる。平均温度上昇の速度は超音波プローブ全体の熱容量に依存するが、超音波プローブの温度上昇（特に、被検体と接���する音響レンズの表面温度上昇）の速度を遅くすることができる。また、超音波プローブの使用状態により温度が上昇や下降を繰り返す場合、超音波プローブの音響レンズ６の表面温度の変化を小さくすることが可能となり、音響レンズ６の表面の最高温度も低く抑えることが可能となる。【００３４】  また、相変化剤１３を、樹脂、金属、グラファイト、又はそれらの複合材料からなる膜又は容器３１に封入することで、相変化剤１３を超音波プローブ内に構成部材として容易に設置することが可能となる。また、融解した後も相変化剤１３が移動してしまうことを防止することが可能となる。さらに、容器３１を複数個に小分けにすれば、超音波プローブ内が複雑な形状であってもその形状に対応して相変化剤１３を設置することができる。また、容器３１の材料として熱伝導性が良い銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることで、相変化材料による熱吸収を効率的に行うことが可能となる。【００３５】［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図２を参照しつつ説明する。図２は本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。【００３６】  本実施形態においては、図２に示すように、相変化部材３５は、気泡３２を混入する相変化剤１３と、相変化剤１３を収容する樹脂、金属、グラファイト又はそれらの複合材料からなる容器１５とからなる。相変化部材３５は、プローブハウジング３の外部であって、トランスデューサユニット２８と離れたケーブル９付近に着脱自在に設置される。相変化材料には、第１の実施形態と同様の材料が用いられる。【００３７】  容器１５は、略円筒形状であって、一部が切り欠かれた断面略Ｃ字形の外形を有している。相変化部材３５は、容器１５の切り欠きを通してケーブル９を内側に納めることができる。相変化部材３５は、ケーブル９を納めた状態で、軸方向に沿って前方に移動することで、プローブ本体２の後部に装着することができる。【００３８】  プローブ本体２に対して相変化部材３５を着脱自在に構成したことで、液体相に変化した相変化部材３５を固体液の相変化部材３５に交換することができる。また、相変化点の異なる複数の相変化部材３５から好適な相変化点を有する相変化部材３５を選択して使用することができる。【００３９】  上述したように、プローブ本体２の発熱源はトランスデューサ４や音響レンズ６やバッキング材７であるため、表面温度は音響レンズ６付近が最も高くなる。また、被検体に接触して使用する場合、生体接触面となる音響レンズ６付近は、生体の温度によりトランスデューサ４等の発熱がなくても、ある程度の時間が経過すると体温付近まで上昇することになる。一方、プローブ本体２の熱抵抗により、音響レンズ６から離れた部分では温度は下がる。そこで、本実施形態のように、トランスデューサ４等から離れた位置に相変化剤１３を設置することで、融点が低い保冷剤を用いることできる。【００４０】  なお、「熱抵抗」とは、ある物体に熱が加わったときの熱の流れ難さを表す係数であり、単位はＫ／Ｗや℃／Ｗで表される。【００４１】  式で表すと、熱抵抗（℃／Ｗ）＝熱量を加えたときの温度差（℃）÷熱源の熱量（Ｗ）となる。この熱抵抗は、すべての状況を含んで表されるものである。従って、プローブ本体２の構造が変わることによって熱抵抗も変化する。例えば、第１の実施形態において説明したプローブハウジング３やバッキング材７や封止樹脂材１４等の材料を変えると、比熱や熱伝導率が変わるため、プローブ本体２の熱抵抗が変化する。【００４２】  例えば、音響レンズ６の表面温度が４０℃のときに、トランスデューサ４等からプローブハウジング３及び容器１５を介して相変化剤１３に伝わる熱に対する熱抵抗を調整して、相変化剤１３が設置されている部分の温度が３２℃になるようにする。そして、融点が３２℃の相変化剤１３を用いることで、相変化剤１３の融解とトランスデューサ４等の発熱とのバランスで音響レンズ６の表面温度を４０℃に維持することができる。このように、相変化剤１３をトランスデューサ４等から遠ざけることにより、Ｃ３２を用いても音響レンズ６の表面温度を４０℃程度に維持することが可能��なる。この実施形態において、音響レンズ６の表面温度を４０℃としたのは、一例を説明するためのものであり、例えば、融点が３２℃の相変化剤１３を使用し、熱抵抗を調整することで、表面温度を４０℃以外の温度、例えば、３５℃等にすることが可能となる。【００４３】［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３及び図４は本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。【００４４】  図３に示すように、本実施形態のプローブ本体２の内部には、充填剤１４よりも熱伝導性の高いヒートパイプ（熱伝導部材）１６が設置されている。熱伝導部材１６は略Ｙ字形を有する。熱伝導部材１６の一端は、熱源であるトランスデューサ４に接着されているバッキング材７に接触又は近接している。熱伝導部材１６はトランスデューサ４の反対側、つまり、ケーブル９側に延び、熱伝導部材１６の他端は、複数（図においては２つ）の熱伝導部材１６に分かれてプローブハウジング３の側面に接触又は近接している。この熱伝導部材１６には熱抵抗が小さい材料（換言すれば、熱伝導率の高い材料）が求められる。例えば、熱伝導率の高いアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属の他、グラファイト等を用いることが望ましい。なお、プローブ本体２の重量増加を抑制するためには、アルミニウム（Ａｌ）が適している。【００４５】  この熱伝導部材１６は、プローブ本体２の熱源となるトランスデューサ４の熱をプローブハウジング３の表面から効率的に放熱するためのものである。つまり、この熱伝導部材１６によって熱を熱源から離れた位置に伝達し、放熱する面積を広げている。【００４６】  そして、この熱伝導部材１６に接触又は近接するように、相変化材料からなる相変化剤１３が封入された容器１５が設置されている。この容器１５は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等で構成されている。トランスデューサ４等から発生した熱は、熱伝導部材１６の一端から他端まで伝わり、さらに、他端に接触又は近接して設置されている容器１５に伝わる。伝達された熱により相変化剤１３が特定温度で固体から液体に相変化を起こし、プローブ本体２内の温度上昇を抑制する。一端がバッキング材７に接触され、他端が相変化剤１３を収納した容器１５に接触又は近接された、熱伝導率の高い熱伝導部材１６を介してトランスデューサ４から発生した熱を相変化剤１３に伝達することで、熱伝導の効率が高くなるため、プローブ本体２の温度上昇に対する相変化材料の熱吸収が効率的に行われる。なお、本実施形態においては、熱伝導部材１６の他端側に相変化部材３６が設置されているが、他端にかかわらず、他の部分に接触又は近接していても同様の効果が得られる。【００４７】  また、上述した熱伝導部材１６を別途設けなくても同様の効果が得られる。例えば、図４に示すように、相変化剤１３が収納されている容器１５の一端又は両端を電磁シールド部材１２に接触又は近接させている。トランスデューサ４から発生した熱は電磁シールド部材１２の先端部分から電磁シールド部材１２に伝わり、更に電磁シールド部材１２に接触又は近接されている容器１５に伝わり、容器１５に収納されている相変化部材３６に熱が伝導する。この電磁シールド部材１２により、放熱する面積を広げることができ、上述した熱伝導部材１６と同じ効果を奏することが可能となる。電磁シールド部材１２に銅（Ｃｕ）等の熱伝導率が高い材料を用いることにより、発熱源であるトランスデュー���４等から相変化部材３６までの熱伝達の効率を高くすることが可能となり、相変化材料の熱吸収が効率的に行われる。【００４８】［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図５を参照しつつ説明する。図５は本発明の第４の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。【００４９】  図５に示すように、相変化部材３９は断面Ｃ字形を有している。相変化部材３９は、トランスデューサユニット２８の特にバッキング材７を取り囲むように設置される。相変化材料が融解したときに流れてしまうのを防ぐために、相変化材料を容器１５に封入し、その容器１５によってトランスデューサ４等を囲んでいる。この容器１５は、樹脂、金属、グラファイト、又はそれらの複合材料からなる。このように、相変化剤１３が収納された容器１５がトランスデューサ４等に接触又は近接しているため、発熱源であるトランスデューサ４等からの熱は容器１５を介して直接、相変化剤１３に伝導される。そのことにより、音響レンズ６の表面温度の上昇を効率的に抑制することが可能となる。また、相変化剤１３をトランスデューサ４等に近づけることにより、プローブ本体２の重心を音響レンズ６に近づけることが可能となるため、プローブ本体２の操作性が向上する。【００５０】［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図６を参照しつつ説明する。図６は本発明の第５の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。図６に示すように、相変化部材４１は、断面Ｃ字形を有している。相変化部材４１は、トランスデューサユニット２８の特にバッキング材７を取り囲むように設置される。カプセル１７には相変化剤１３が封入される。複数のカプセル１７は、容器４２に収容される。容器４２内は熱伝導性の高いモールド材１８で封止される。モールド材１８には、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等が用いられる。例えば、エポキシ樹脂に伝導フィラーを混入させることで、熱伝導率を０．３００［Ｗ／（ｍＫ）］とすることができる。上述したように、封止樹脂材１４の熱伝導率が０．０３８［Ｗ／（ｍＫ）］であるため、封止樹脂材１４を用いるよりも、このモールド材１８を用いた方が熱伝導率を高くすることが可能となる。なお、このモールド材１８の比熱は０．３［Ｗｈ／ｋｇ・Ｋ］で、比重は１．８５０［ｇ／ｃｍ３］となっている。熱源であるトランスデューサ４等から発生した熱は、カプセル１７の周りに充填されているモールド材１８に伝導し、更にモールド材１８で封止されているカプセル１７内の相変化剤１３に伝導される。このように、発熱源であるトランスデューサ４等の周りに相変化剤１３を配置することで、トランスデューサ４等からの熱はモールド材１８を介して直接、相変化剤１３に伝導される。そのことにより、音響レンズ６の表面温度の上昇を効率的に抑制することが可能となる。【００５１】  さらに、相変化剤１３を複数のカプセル１７に小分けすることで、相変化部材４１を、プローブ本体２の内空房形状に応じた形状に容易に形成することが可能となる。【００５２】  例えば、第４の実施形態で説明したプローブ本体２に用いられている容器４２は、断面Ｃ字形を有し、その凹みにバッキング材７を嵌め込んでいる。しかしながら、プローブハウジング３の形状やトランスデューサ４やバッキング材７等の形状に併せてその容器４２を作製する必要がある。つまり、トランスデューサ４等を囲んで接触するような形状の容器１５を作製する必要があるため、トランスデューサ４やプローブハウジング３等の形状が異なると、同じ容器を使用することができない。例えば、あるトランスデューサ４やバッキング材７等の大きさに合わせ、そのトランスデューサ４やバッキング材７等に接触して囲む凹部を有する容器４２を作製した場合、そのバッキング材７よりも大きいバッキング材にその容器４２を用いようとしても、大きいバッキング材に凹部を嵌め込むことができない。また、より小さいバッキング材にその容器４２を用いようとしても、凹部の側面とバッキング材との間に隙間が生じてしまうため、トランスデューサ４等から容器４２に効率良く熱を伝導することができない。このように、形状が異なるプローブ本体２ごとに容器４２を用意する必要があるため、容器４２のコストが上がってしまうため、プローブ本体２の製造コストが上がってしまう。【００５３】  そこで、本実施形態のように、相変化剤１３をカプセル１７に小分けし、その周りをモールド材１８で封止することで、プローブハウジング３やトランスデューサ４やバッキング材７等の形状にかかわらず、相変化剤１３を容易に配置することが可能となる。そのことにより、形状が異なるプローブ本体２ごとに容器を用意する必要がないため、コストを低減することが可能となる。【００５４】  さらに、図７に示すように、複数種の相変化材料を用いても良い。第１の相変化剤１３ａを封入したカプセル１７と、第１の相変化剤１３ａと相変化点の相違する第２の相変化剤１３ｂを封入したカプセル１７とが、容器４２に収容される。【００５５】  相変化剤１３ａの相変化点（融点）は４０℃付近に設定され、相変化剤１３ｂの相変化点は相変化剤１３ａのそれよりも高い４８℃付近に設定されている。相変化点が４０℃付近の相変化剤１３ａは、プローブ本体２を駆動して被検体の体表に相変化点させている場合に、音響レンズ６の表面温度の上昇を抑制するために設けられている。相変化点が４８℃付近の相変化剤１３ｂは、プローブ本体２が被検体の体表に接触されていない場合に、発生した超音波の殆どが熱に変わってしまった状況下において音響レンズ６の表面温度の上昇を抑制するために設けられている。【００５６】  このように、相変化点が異なる２種類以上の相変化剤を用いることにより、生体に接触した状態での温度上昇や、生体から離れた状態での温度上昇等、状況により温度の上昇率や安全な表面温度が異なる場合であっても、各状況における温度上昇を抑制することが可能となる。また、３種類以上の相変化材料を用いて、種々の状況に応じた温度上昇の抑制が可能となる。【００５７】［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図８を参照しつつ説明する。図８は本発明の第６の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。【００５８】  図８Ａ、図８Ｂに示すように、本実施形態においてはプローブハウジング３の側面には、相変化部材４５を収納するための凹部１９が形成される。相変化剤１３を容器１５に封入してなる相変化部材４５は、凹部１９に収納されることができる形状を有している。凹部１９は蓋２０で閉められる。【００５９】  このような構成にすることで、図８Ｂに示すように、相変化部材４５をプローブハウジング３の凹部１９から取り外すことが可能となり、相変化部材４５を交換することが可能となる。そのことにより、プローブ本体２を長時間使用し、相変化剤１３の効果が薄れてしまった場合でも、相変化剤１３が固体相にある別の相変化部材４５と交換することが可能となるため、相変化剤１３が固体相になるのを待たなくても引き続きプローブ本体２を使用することができ、引き続き温度上昇を抑制することが可能となる。【００６０】［第７の実施の形態］
本発明の第７の実施形態に係る超音波プローブの構成について、図９を参照しつつ説明する。図９は本発明の第７の実施形態に係る超音波プローブの内部の概略構造を示す断面図である。【００６１】  図９に示すように、プローブハウジング３の内部には、温度上昇を抑えるのではなく、温度を強制的に低下させるための冷却部２１が設けられている。冷却部２１には典型的にはペルチェ素子が採用される。一端がバッキング材７に接触してケーブル９の方向に伸び、他端が２つに分かれて電磁シールド部材１２に接触している熱伝導部材１６が設けられている。ペルチェ素子２１の吸熱側２１ａは熱伝導部材１６の他端に接触又は近接している。なお、ペルチェ素子２１が本発明の「第１の冷却部」に相当する。【００６２】  プローブ本体２の表面温度が上昇した場合、熱は熱伝導部材１６を伝わって熱伝導部材１６の他端に達する。コネクタ１は熱電対等の温度検知装置により、プローブ本体２の温度を検知し、コネクタ１からペルチェ素子２１を動作させて熱伝導部材１６を冷却し、プローブ本体２の温度を下げる。このとき、ペルチェ素子２１は一時的に熱伝導部材１６の温度を下げても、ペルチェ素子２１自体の消費電力により温度が上昇するため、ある程度の時間が経過すると、プローブ本体２の表面温度（音響レンズ６の表面温度）を冷却する能力がなくなってしまう。【００６３】  そこで、本実施形態のように、ペルチェ素子２１の放熱側２１ｂに相変化材料の相変化剤１３を設け、ペルチェ素子２１を冷却する。この冷却によってペルチェ素子２１による冷却能力が発揮する時間を長くすることが可能となる。その効果により、プローブ本体２の表面温度（音響レンズ６の表面温度）が下がり、ペルチェ素子２１の動作が止まれば、相変化材料はゆっくり放熱を行って、再び保冷能力を回復することが可能となる。例えば、一時的にプローブ本体２の表面温度（音響レンズ６の表面温度）が上昇するような場合に、効果的にペルチェ素子２１からなる冷却機構を動作させることが可能となる。【００６４】  また、ペルチェ素子の代わりに、例えば、水やアルコール類等を冷媒とする冷媒循環型の冷却機構を設けても良い。【００６５】［第８の実施の形態］
本発明の第８の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃを参照しつつ説明する。図１０Ａに示すように、コネクタ１の側面にプローブ本体２を保持するプローブホルダ２２が設けられている。このプローブホルダ２２は、プローブ本体２を収納するために設けられており、一部分に切り込みが形成されて上下方向に貫通したホールド部２３を有し、そのホールド部２３にプローブ本体２を挿入するにより、ホールド部２３にてプローブ本体２の周囲を抑えて保持する。このプローブホルダ２２が本発明の「収納部材」に相当する。【００６６】  図１０Ｂにプローブホルダ２２に形成されたホールド部２３の詳細な構造を示す。同図に示すように、ホールド部２３は上下方向に貫通し、一部分に切り込みが形成されている。さらに、ホールド部２３の内側の側面（切り込みの反対側）に空冷ファン２４が設置されている。プローブ本体２のプローブハウジング３がホールド部２３に差し込まれて、内側の側面によってプローブハウジング３が押さえられることでプローブ本体２が保持される。プローブハウジング３がホールド部２３に挿入されるとともに、空冷ファン２４によってプローブ本体２が冷却される。なお、空冷ファン２４が「第２の冷却部」に相当する。【００６７】  プローブ本体２を長時間使用してプローブ本体２全体の温度が上昇した場合、使用を停止してもプローブ本体２の温度は低下し難い状態になる。本実施形態のように、プローブ本体２を使用しないときにプローブ本体２を保持するプローブホルダ２２に、プローブ冷却機構としての空冷ファン２４を設けることで、プローブ本体２の温度を下げることが可能となるとともに、プローブハウジング３の内部に設置されている相変化材料からなる相変化剤１３の温度を下げて固体相に戻すことが可能となる。【００６８】  また、プローブホルダ２２にプローブ本体２が挿入されると、自動的に空冷ファン２４が駆動するようにしても良い。例えば、ホールド部２３の内側の側面に、突出したボタン（図示しない）を設置する。プローブ本体２がホールド部２３に挿入されると、プローブハウジング３によってそのボタンが押下される。ボタンが押下されると、図１０Ｃに示す回路図のように、その押下によって超音波診断装置本体２の内部に設けられているスイッチ２５が矢印Ａの方向に押され、空冷ファン２４と空冷ファン２４に電力を供給する駆動電源２６とが接続される。この接続によって駆動電源２６から空冷ファン２４に電力が供給され、空冷ファン２４が動作する。また、プローブ本体２をプローブホルダ２２から抜き取ると、スイッチ２５が矢印Ｂの方向に移動して元の位置に戻り、これにより空冷ファン２４への電力供給が遮断されて動作が停止する。【００６９】  このように、プローブ本体２をプローブホルダ２２に挿入しているとき（例えば、プローブ本体２を使用しないとき）に空冷ファン２４を動作させることで、効率的にプローブ本体２４の温度を下げることができ、相変化材料が溶解している場合には、比較的短い時間で固体相に戻すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】  本発明に依ると、超音波プローブにおいて特定温度を超える温度上昇を効果的に抑制することができる。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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