JP7142028B2 - 超音波プローブを冷却する方法およびそのような冷却を含むプローブ - Google Patents

Description

本発明は、治療処置に使用される超音波プローブを含む装置（des appareils ou des dispositifs）の技術分野に関し、人体の解剖学的構造の超音波検査画像形成用の超音波プローブに関連づけられ得る。

より具体的には、本発明は、治療用超音波プローブまたはさらには超音波検査プローブを冷却する技術を目的とする。

本発明の主題の特に有利な適用例は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）による治療処置の分野である。

一般的には、超音波プローブは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する、特定の圧電性の材料でできた音響変換器を含む。不完全な変換効率が原因で、変換されないエネルギーにより、変換器の材料において熱の蓄積が生じる。大き過ぎる熱により、変換器の損傷またはさらには破壊が生じ得る。

技術水準において、変換器の温度が低下するように、生成された熱を逃がす種々の技術が提案されている。

例えば、特許ＥＰ０５５３８０４には、超音波医用変換器であって、熱伝導材料に接触した変換器要素を含み、該変換器の後部への熱伝導により冷却を行う、超音波医用変換器が記載されている。このパッシブタイプすなわち空気または液体の流れなしの冷却方法は、比較的限定的であり、数カロリーを生成する変換器に好適に適用される。

ポンプによって動かされる冷却流体を用いた強制伝導タイプの冷却システムを用いることも知られている。例えば、特許ＦＲ２９１０１６９には、超音波検査プローブ（sonde echographique）と、該プローブから熱を逃がすアクティブ冷却システムと、を含む超音波検査システムが記載されている。この冷却システムは、超音波検査プローブにおいて冷却剤を流すように構成されたポンプを含む。同様に、特許ＵＳ５５６０３６２には、超音波変換器であって、熱交換器と、該変換器用の冷却流体の閉ループ流を実現するポンプと、を含む冷却回路が設けられた、超音波変換器が記載されている。両方の場合において、変換器の冷却は、変換器の後部への熱伝導により実現される。このアプローチの主な欠点は、変換器の冷却装置および電子制御回路を後ろの同一容積に収める困難性に関する。

ポンプによって動かされる冷却流体を用いた強制対流タイプの冷却システムを用いることも知られている。強制対流冷却システムの主な困難性は、変換器の表面の全体にわたる均一な冷却を実現することにある。この困難性は、変換器が平坦な表面を有しているとはとても言えない場合には、より一層顕在化する。

大きな（importantes）音響的なパワーおよびエネルギーを生成する治療用超音波プローブの分野において、特許ＦＲ２９２９０４０には、物理的に互いに独立した複数の放射要素のアセンブリによって構成された変換器が記載されている。これらの電気－音響要素は、後ろの冷却室を形成する２つのディスクの間に配置されている。これらのディスクの一方は、変換器の前面を形成し、膜によって閉じられた前室内に収容された音響結合流体を保持する。他方のディスクは、後面を形成し、電子制御回路を受ける。

複数の変換器要素は、それぞれ、圧電素子でできており、強固で電気絶縁性および熱伝導性の構造に固定されている。そのため、この強固な構造は、変換器の後部へと熱エネルギーを排出することを可能にし、このためそれが冷却流体に曝されたときに一種の放熱器を形成する。

複数の変換器要素は、ディスクの中央部を中央として螺旋状に分布し、該中央部に１つの流体出口が設けられ、一方、ディスクの縁に複数の流体入口が設けられている。そのような配置により、変換器の後面において、変換器要素が螺旋状に分布することに由来する均一な螺旋流が得られ得る。この冷却原理は、螺旋状の冷却流体用の伝導路を形成可能な、独立した複数の変換器要素に特に適している。そのような冷却システムは、滑らかな放射面を呈する変換器の前面であって均一な流れが得られるように液体を案内し得る要素を配置するのは該要素が超音波の場を妨げるであろうため不可能である前面を介した冷却には適していないことが分かっている。相補的なやり方による（De facon complementaire）、案内態様での冷却流体の螺旋流では、最適化された冷却を実現できない。

文献ＪＰ２００７１４４２２５には、体内の治療のために設けられた、細い帯の形状の変換器を含む、治療用体外超音波システムが記載されている。このシステムは、冷却装置であって、結合液体の一定の包絡体積（volume d'enveloppe）を維持するための吸引ポンプおよび排出ポンプを用いて流れる液体による冷却装置も含む。図１４～２３に、冷却装置の種々の他の実施形態が記載されている。

図１４，１６および１７には、変換器の縁に位置する冷却液体入口が、変換器への冷却液体ジェットの偏向（deflexion）と、中央孔による排出と、ともに、描かれている。このような配置により、冷却液体の求心的な流れがもたらされるのであるが、この流れでは最適化された冷却は実現できない。

図１９に示された例示的な実施形態では、噴射ノズルが、冷却液体を超音波変換器へと斜め方向に向けるように配置されている。そのため、結合液体は、超音波生成器内で回転し中央吸引点へと上がっていくように、流れる。このような求心的な回転流では、変換器の最適化された冷却は実現できない。さらに、噴射ノズルを中央であり縁でない位置に配置すると、変換器の超音波の場との干渉が生じ、このためその治療効果を損なわれることに留意されたい。

本発明は、変換器の幾何形状がどのようなものであっても変換器の均一で最適化された冷却を実現可能な超音波プローブ用の新規な冷却技術を提案することによって、従来技術の欠点を解決することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明は、超音波を生成するプローブの変換器を冷却する方法であって、変換器は、前部において、音響伝搬軸に沿って（selon）伝搬する超音波を放射する面を呈し、後部において、後面を呈し、少なくとも放射面は、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口との間で冷却流体が流れる冷却室を部分的に区画し、入口は、放射面の縁（peripherie）に配置され、一方、出口は、放射面の中央部に配置されている、方法に関する。

本発明では、方法は、入口と出口の間において、渦巻に基づく（selon）冷却流体の流れを、冷却室内で、変換器の放射面の音響伝搬軸の周りで形成することを備える。

本発明の他の主題は、超音波を生成するプローブであって、プローブは変換器を含み、変換器は、前部において、音響伝搬軸に沿って伝搬する超音波を放射する面を呈し、後部において、後面を呈し、少なくとも放射面は、冷却室であって、冷却流体が、筒状ダクトを介して導入され、放射面の縁に配置された少なくとも１つの入口と放射面の中央部に配置された少なくとも１つの出口との間で流れる冷却室を部分的に区画し、筒状ダクトは、入口の上流において延び、速度ベクトルを有する冷却流体を導くように縦延伸軸に沿って（selon）規定される長さを有する、プローブを提案することである。

本発明では、筒状ダクトは、冷却室内で渦巻に基づく冷却流体の流れを形成するよう流体を案内するように、筒状ダクトの縦延伸軸が音響伝搬軸および入口を含む平面に実質的に直交する接線方向に沿って規定される非ゼロの接線成分を呈するよう方向づけられている。

さらに、本発明に係る超音波プローブは、以下の追加の特徴の少なくとも１つおよび／または複数を併せて含んでいてもよい：

-筒状ダクトは、筒状ダクトの縦延伸軸および筒状ダクトにより生じる速度ベクトルが接線成分であって速度ベクトルの接線成分の速度ベクトルの求心成分に対する比率が１よりも大きくなるような接線成分を呈するように、方向づけられている；

-超音波プローブは、入口において、筒状ダクトの出口に面して配置され、接線方向に沿って流体を方向づける、流体を偏向させる少なくとも１つの壁を含む；

-放射面は出口に開口する平面に配置された縁端を含み、筒状案内ダクトは冷却流体用であり、流体を偏向させる壁は筒状ダクトの出口に面して配置されている（la face d'emission comporte un bord peripherique situe dans un plan dans lequel debouche par une sortie, le conduit tubulaire de guidage pour le fluide de refroidissement, une paroi de deflexion pour le fluide etant disposee en vis-a-vis de la sortie du conduit tubulaire）；

-放射面の縁端は、その縁において、冷却流体を供給する少なくとも１つの筒状ダクトと連通する縁路により境界づけられ、この縁路には、冷却室と連通する少なくとも１つの求心方向開口が設けられている；

-超音波プローブは、複数の求心方向連通開口であって各々が冷却流体の進行方向を変更する（deviation）２つの隣り合う羽の間で区画された複数の求心方向連通開口を含み、羽は、１つの接線方向から疑似放射方向に変化する曲がったプロファイル（profil）を有する；

-超音波プローブは、冷却流体を供給する筒状ダクトであって冷却室に開口し接線方向に合致する法線を有する横断面を呈する筒状ダクトを含む；

-冷却室は、放射面の縁に分布する一連の入口であって、各々が、流体用の少なくとも１つの筒状ダクトを有し、冷却室内で冷却流体の渦巻流を協働して形成する方向に沿って方向づけられている一連の入口を含む；

-放射面は、集束幾何形状を呈する；

-放射面は、音響伝搬軸について対称に頂部が切り取られた形状を呈する（tronquee）；

-変換器は、その中央部において、冷却流体用の第２出口を含み、２つの出口は、好ましくは、放射面の音響伝搬軸の両側に対称に配置されている；

-変換器は、その中央部において、画像形成プローブ用の収容溝（logement）を区画する切取部であって切取部の両側に冷却流体用の出口が配置された切取部を含む；

-超音波プローブは、入口により冷却室に開口する流体供給ダクトを含み、このダクトは、流体速度を制御する装置を含む；

-超音波プローブは、変換器の後面の温度を測定するのに適した温度センサを含み、この温度センサは、流体速度を制御する装置に接続されており、温度測定に基づいて冷却室内の流体の入口速度を制御することを可能としている；

-筒状ダクトは、円形断面のダクトである場合、その直径と比べて大きいもしくは等しい長さを呈し、楕円形断面のダクトである場合、最小の直径と比べて大きいもしくは等しい長さを呈し、または、長方形断面のダクトである場合、最小の幅と比べて大きいもしくは等しい長さを呈する。

本発明の主題の実施形態を非限定的な例として示す添付図面を参照する以下の記載から、様々な他の特徴が明らかとなる。

図１は、本発明に係る治療用超音波プローブの例示的な実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１におけるプローブの部分切取図である。 図３は、本発明に係るプローブの渦巻による冷却の原理を示す説明図である。 図４は、凹状の放射面における渦巻による冷却を示す、本発明に係るプローブの構成図を示す。 図５Ａは、円形で平らな放射面における渦巻による冷却を示す、本発明に係るプローブの構成図を示す。 図５Ｂは、非円形の平らな放射面における渦巻による冷却を示す、本発明に係るプローブの構成図を示す。 図６は、デフレクタを用いた渦巻による冷却を示す、本発明に係るプローブの他の実施形態を示す。 図７は、複数の入口を含む冷却室の他の例示的な実施形態を示す。 図８Ａは、本発明に係るプローブの冷却流体の入口の例示的な実施形態の詳細な図を示す。 図８Ｂは、図８Ａに示す入口用の冷却流体供給ダクトの詳細を示す。 図９は、複数の入口を含む冷却室の他の例示的な実施形態を示す。 図１０は、図９のＡ－Ａ線に実質的に沿って得られる断面図である。

本発明の主題は、超音波を生成するプローブ１を冷却する新規な技術に関する。図１および２においてより正確に見られるように、このプローブ１は、より具体的には、治療処置に用いられる。この治療用プローブ１は、図示されていないがそれ自体知られており超音波を用いて生物の組織の処理を行うのに適した一般的な意味における治療装置の一部である。有利には、この治療用プローブは、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）を生成する。当然ながら、本発明に係る冷却技術は、治療用の超音波を生成するプローブに実装可能であり、人体の解剖学的構造の超音波検査画像形成プローブに関連づけられるまたは関連づけられない。

プローブ１は、具体的には、変換器３用の支持ボディ２を含み、変換器３は、例えば圧電素子等の１または複数の超音波送信機を含む。変換器３の超音波送信機は、増幅段を介して、超音波送信機を駆動する信号を伝送する制御回路に接続されている。制御回路の実現は当業者の技術的知識の一部であるため、制御回路についてのより詳細な記載は省略する。この制御回路は、典型的には、増幅段によって超音波送信機に接続された、駆動信号生成器を含む。

変換器３は、前部において超音波を放射する面４を呈し、後部において後面５を呈する。他の実施形態では、後面における熱的加熱を測定するために、後面に温度センサがあってもよい。放射面４は、滑らかな面を呈し、縁端４ａによって区画されており、変換器の中央部に設けられた切取部を区画する内端４ｂによって区画されていてもよい。

一般的には、放射面４は、対称軸に対応する音響波伝搬軸Ａを有する。音響波伝搬軸Ａは、後述の説明において、音響伝搬軸Ａと表記される。他の有利な実施形態では、放射面４は、集束幾何形状を呈する、すなわち、生成された超音波は、超音波送信機の制御モードまたは放射面の幾何形状のいずれかによって、焦点領域に集束する。典型的には、放射面４は、例えば半球形状、図２に示す例における円環形状等のような、凹形状を有する。有利には、内端４ｂは、具体的には画像形成プローブ８用の収容溝６を区画する。この例示的な実施形態では、音響伝搬軸Ａは、放射面４を形成する円環部の対称軸に対応し、放射面の縁端４ａを通る平面に垂直である。

当然ながら、放射面４は、図２および４に示すような凹形状とは異なる形状を呈していてもよい。図５Ａ，５Ｂ，６，７および９に示す例では、放射面４は、平らな形状を呈する。これらの例示的な実施形態では、音響伝搬軸Ａは、放射面４に垂直である。

図２，４，５Ａ，６，７および９に示す例示的な実施形態では、放射面４は、円形の輪郭を呈するが、当然ながら、放射面は、例えば長方形または楕円形（rectangulaire ou oblongue）のような他の形状の輪郭を呈していてもよい。図５Ｂに示す例では、放射面４は、平行に延び互いに対向する２つの直線端であって同一の曲げ半径を有する２つの円形端によって接続された直線端を放射面４が呈するように、音響伝搬軸Ａについて対称な態様で頂部が切り取られた形状を呈する。

プローブ１は、放射面４の前に配置され超音波を透過させる材料でできた膜１０も含む。この膜１０は、放射面４と協働して、冷却流体が流れる冷却室１１を区画している。この膜１０は、Ｏリング１２を用いた適切な任意の手段によってボディ２に固定されており、これによりシールされた冷却室（chambre de refroidissement etanche）が得られている。この冷却室１１は、音波が照射される（insonifie）媒体と音響結合する機能を発揮し得る。典型的には、冷却流体は、波の伝搬が向上するようにガス抜きされた水ベースの液体である、または、超音波の低い吸収という音響特性を有するオイルから選択されたオイルである。特許ＥＰ１０３８５５１に記載されている液体も使用可能である。

冷却室１１は、少なくとも１つの供給路１５によって導入される冷却流体用の少なくとも１つの入口１４を含む。各入口１４は、超音波の伝搬を妨げないように、放射面の外側に存する放射面４の縁に設けられている。この実施形態の有利な特徴によれば、各入口１４は、放射面４の縁端４ａにおいて変換器を取り囲むボディ２の環状部（couronne）２ａにおいて形成されている。このため、各入口１４は、放射面４の外側で、放射面の縁端４ａの境界上に配置されている。図２，４，５Ａ，５Ｂおよび６に示す例示的な実施形態では、冷却室１１は単一の入口１４を含み、一方、図７および９に示す例では、プローブ１は複数の入口１４を含む。

冷却室１１は、上記放射面４の中央部に配置された少なくとも１つの出口１６も含む。各出口１６は、出口ダクト１７であってその入口孔により冷却室を出ていく冷却流体の流路断面（section de passage）を規定する出口ダクト１７を含む。各出口１６は、冷却室１１を出ていく流体を回収する（recuperant）出口ダクト１７の横断面（section droite de passage）に垂直な出口軸Ｙを呈する。そのため、出口ダクト１７は、その孔により、方向Ｙに沿う冷却液体流の排出を可能にする流路断面を呈する。出口１６の流路断面は、任意の形状を有し得る。プローブ１は、図示の例では単一の出口１６を含む。ただし、図２に示す好ましい例であって、プローブが、放射面の音響伝搬軸Ａの両側に対称に配置された２つの出口１６を含む例を除く。

本発明では、プローブ１は、入口１４において、供給路１５と連通する、冷却流体用の少なくとも１つの案内筒状ダクト１８を含む。この筒状ダクト１８は、冷却室１１内で、入口１４と出口１６の間において、音響伝搬軸Ａの周りで冷却流体の渦巻流（circulation tourbillonnaire ou vortex）を形成するのに適している。この渦巻流は、音響伝搬軸Ａの周りで少なくとも１回転の回転（au moins un tour de rotation）を行う冷却流体の流れを引き起こす。そのため、各流体粒子は、音響伝搬軸Ａの周りで３６０度を超える回転運動を示す（decrit）。明細書の以下の部分では、渦巻という用語は、変換器の放射面に関して冷却流体が流れる現象を説明するのと同義で使用される。

有利には、冷却流体の渦巻流は、放射面の音響伝搬軸Ａに合致する回転軸（axe de rotation confondu avec l'axe de propagation acoustique A）の周りで実現される。これは、具体的には、出口１６の出口軸Ｙが放射面の音響伝搬軸Ａに合致する場合に該当する。

入口１４に配置され流体を案内する筒状ダクト１８は、冷却室１１へのその終端開口により、冷却流体用の入口流路の横断面を規定し得ることに留意されたい。この筒状ダクト１８は、縦延伸軸Ｘに沿って延びており、冷却流体の流れを導くことと、縦延伸軸Ｘと同一直線方向に延びる速度ベクトルＶを有する速度すなわち入口流路の横断面に垂直な速度を冷却流体に与えることと、に適した、十分な所定の（determinee）長さを呈している。図３においてより具体的に見られるように、筒状ダクト１８の縦延伸軸Ｘが、および結果として筒状ダクト１８により生じる速度ベクトルが、冷却室１１内で冷却流体の渦巻流が形成されるよう接線方向Ｔに沿って規定される非ゼロ（non nulle）の接線成分ＶＴを呈するように、筒状ダクト１８は方向づけられている。

接線方向Ｔは、放射面４の縁端４ａに関して考慮されるものであり、この接線方向は、放射面４の縁端４ａを含む平面に直交する法線方向Ｎと、接線方向Ｔに直交し放射面の中央に向かう求心方向Ｃと、を含む座標系の３つの直交する方向の１つであることに留意されたい。この接線方向Ｔは、音響伝搬軸Ａと、入口１４の少なくとも１つの点と、を含む平面Ｐに実質的に直交している。ここで、入口１４の少なくとも１つの点は、例えば、縦延伸軸Ｘの、筒状ダクト１８によって規定される入口流路の横断面との交差点である。

上述のように、筒状ダクト１８の縦延伸軸Ｘが、および結果として筒状ダクト１８により生じる速度ベクトルが、接線方向Ｔに沿って規定される非ゼロの接線成分ＶＴを呈するように、筒状ダクト１８は方向づけられている。一般的には、この速度ベクトルＶは、図３に示すように、座標系における３つの方向に沿って、３つの成分に分解される。ここで、座標系における３つの方向は、接線方向Ｔ、求心方向Ｃおよび法線方向Ｎであり、３つの成分は、それぞれ、接線成分ＶＴ、求心成分ＶＣおよび法線成分ＶＮである。

筒状ダクト１８は、その終端から、縦延伸軸Ｘに沿って規定される長さであって、冷却流体を導き、かつ、冷却流体の渦巻流を得るのに適切な方向および速度を冷却流体に与える、長さを有する。そのため、冷却流体は、入口流路の横断面において、縦延伸軸Ｘに沿う方向を有する速度ベクトルＶであってその接線成分ＶＴが非ゼロである速度ベクトルＶを呈する。

先の記載に続けて説明すると、筒状ダクト１８は、接線成分ＶＴを他の成分に対して最適化するように配置されている。理想的には、筒状ダクト１８は、求心成分ＶＣおよび法線成分ＶＮがゼロ値をとるまたはゼロ値に近い値をとる（soient nulles ou tendent vers des valeurs nulles）ように、配置されている。

そのため、筒状ダクト１８の縦延伸軸Ｘおよび筒状ダクト１８により生じる速度ベクトルが、接線成分であって速度ベクトルの接線成分の速度ベクトルの求心成分に対する比率が１よりも大きくなるような接線成分を呈するように、筒状ダクト１８は方向づけられている。

理想的には、円形断面の筒状ダクトである場合、筒状ダクト１８の長さは、筒状ダクト１８の直径と比べて大きいまたは等しいほうがいい。例えば、図２の筒状ダクト１８は、円形であるとともに２０ｍｍの長さおよび２ｍｍの平均直径を呈し、一方、図４の筒状ダクト１８は、３ｍｍの長さおよび１ｍｍの直径を呈する。図８Ａおよび８Ｂにおいて表されているように筒状ダクトが非円形であるが楕円形または長方形の断面を呈する場合、筒状ダクトの長さは、楕円形断面の最小の直径と比べて大きいもしくは等しい、または、長方形断面の最小の幅と比べて大きいもしくは等しいほうがよい。好ましくは、円形断面のダクトである場合、筒状ダクト１８の長さは、筒状ダクト１８の直径の１．５倍よりも大きい。同様に、筒状ダクト１８の長さは、楕円形断面の最小の直径または長方形断面の最小の幅の１．５倍よりも大きい。

上記のため、放射面４の縁に配置された入口１４と放射面４の中央部に配置された出口１６との間において、音響伝搬軸Ａの周りで冷却流体の渦巻流が形成される。冷却流体の速度ベクトルＶは、入口１４の流路断面において、方向であってその成分ＶＴが非ゼロであり平面Ｐに実質的に垂直である方向を呈する。そのため、冷却流体は、放射面４の端４ａに関する接線方向をとり、これにより、冷却室１１内で冷却流体の渦巻流が形成される。

少なくとも１つの筒状ダクト１８の、入口１４のレベルにおける（au niveau de l'entree 14）実装は、出口１６と相俟って、冷却室１１における冷却流体の渦巻流を形成することを可能にする。冷却流体の供給路１５は、流体の速度を制御する装置であって、冷却流体に、冷却室における入口において、渦巻流を得るのに適した十分な速度を与えることを可能にする装置を含んでいることに留意されたい。典型的には、入口１４における流体速度は、１０^-3ｍ／ｓと１ｍ／ｓの間の範囲にある。

変換器の後面の温度を測定するのに適した温度センサをプローブが含む有利な他の実施形態では、温度センサは流体速度を制御する装置に接続されており、温度センサによって行われる測定に基づいて冷却室における流体の入口速度を制御することが可能となっている。

この渦巻流は、放射面４の形状によらず、実現される。例えば、図４は、凹状の放射面４での冷却流体の渦巻流を示し、一方、図５Ａ，５Ｂ，６，７および９は、平面状の放射面４での渦巻流を示す。

本発明の主題により、放射面４の全表面にわたり最適化された均一な冷却を得ることが可能になることが理解されよう。上述のように、音響伝搬軸Ａの周りにおける冷却流体の渦巻流は、単一渦巻（tourbillon unique）を実現する。

単一渦巻に基づく冷却流体の流れにより、巨視的観点から、冷却流体の層状の移動（deplacement laminaire）を維持することが可能となり、放射面４の全表面にわたる均一な冷却が実現される。さらに、微視的観点から、渦巻形状の流れにより、入口点１４と出口点１６の間における冷却流体の直接的な非渦巻流により得られるであろう冷却効率が増加する。得られる渦巻きにより、冷却流体の各粒子が音響伝搬軸Ａの周りで少なくとも１回転の回転を行うことが可能となる。一般的には、冷却流体の各粒子は、入口１４と出口１６の間で、音響伝搬軸Ａ周りの（selon）数回転の回転を行う。流体粒子の回転の数および結果としてその移動速度は、接線速度成分の求心速度成分に対する比率が１よりも非常に大きい場合には、より一層大きく（important）なる。この比率は、図４に示すように求心速度成分がゼロである場合には、無限大に近づく。

第１の実施形態では、流体の案内ダクト１８は、冷却室１１内で入口１４によって開口する冷却流体の供給路１５の一部によって実現されている。図４においてより正確に見られるように、供給路１５は、入口１４の上流において、放射面４の縁４ａに関して接線方向に方向づけられた筒状ダクト１８を含む。この例では、供給路１５は、音響伝搬軸Ａに実質的に平行に延びる部分であって案内ダクト１８を形成する９０°の屈曲部により終端し冷却流体を案内する部分を含む。筒状ダクト１８を形成するこの９０°の屈曲部は、その終端において、冷却流体用の入口流路の横断面を区画し得る。入口流路の横断面の法線は、縦延伸軸Ｘに対応し、音響伝搬軸Ａを含む平面Ｐに実質的に直交する接線方向Ｔに沿って方向づけられている。この配置を考慮すると、冷却流体の速度ベクトルＶは、放射面４の縁４ａに関して接線方向Ｔに沿う接線成分ＶＴに、実質的に分解される。

当然ながら、供給路１５は、放射面４の縁４ａに関して完全に接線方向に方向づけられていてもよい。この場合には供給路１５と出口ダクト１７とが直交するが故にこのやり方はより難しいとしても、である。

図５Ａに示す他の例示的な実施形態では、供給路１５は、入口１４の上流において、筒状ダクトを形成する部分１８であって、出口において放射面４の縁４ａに関して接線方向に方向づけられた部分１８を含む。この例では、供給路１５は、出口軸に実質的に垂直に延びる部分であって、筒状ダクトを形成する屈曲部１８により延長され、その終端において平面Ｐに直交する法線を有する入口流路断面を規定する部分を含む。ここでも、冷却流体の速度ベクトルＶは、放射面４に関する接線方向Ｔに沿う接線成分ＶＴに実質的に分解される。

図４，５Ａ，５Ｂおよび７に示す例示的な実施形態では、筒状ダクト１８は、放射面４の前方平面（plan frontal）Ｆ、ここで前方平面Ｆは放射面の縁端４ａを通るものである、を超えて配置されている。これらの例では、供給路１５は、その末端部において、接線方向Ｔと同一直線方向の速度を有する冷却流体の流れが得られるように、前方平面に垂直な流路横断面を呈するように方向づけられており該前方平面の前に配置されている筒状ダクト１８を含む。

図６に示す原理を有する第２の実施形態では、筒状ダクト１８は、引き下がっており（est situe en retrait）または放射面４の前方平面Ｆに位置しており、放射面の縁端４ａを通っている。換言すると、冷却流体の筒状ダクト１８は、放射面の前方平面に配置された支持体の環状部２ａに、筒状ダクト１８の終端と放射面の縁端４ａとが同一レベルに配置されるように、開口している。

この第２の実施形態では、筒状ダクト１８の縦延伸軸Ｘが、および結果として速度Ｖが、冷却室１１内で冷却流体の渦巻流を形成するよう接線方向Ｔに沿って規定される非ゼロの接線成分を呈するように、筒状ダクト１８は方向づけられている。この構成では、縦延伸軸Ｘおよび結果として流体の速度ベクトルは、法線方向Ｎに沿って規定される法線成分を呈する。この例では、プローブは、入口において、流体を偏向させる少なくとも１つの壁２１であって、筒状ダクトの出口に面して配置され、接線方向Ｔに沿って流体を方向づける壁２１を含む。これにより、速度ベクトルの法線成分の大きさが制限される。

上記の偏向させる壁またはデフレクタ２１（Cette paroi de deflexion ou deflecteur 21）は、冷却室１１において、筒状ダクト１８および支持体環状部２ａに面して配置されている。図６においてより正確に見られるように、このデフレクタ２１は、筒状ダクト１８によって導入された冷却流体が室内に到達するに際して障害物を構成する。そのため、支持体環状部２ａと組み合わされて、デフレクタ２１は、冷却流体を、放射面に関して接線方向に流す。そのため、このデフレクタ２１は、接線方向Ｔに沿って方向づけられ筒状ダクト１８の出口に面して配置された前方部を含む。

有利な他の実施形態では、デフレクタ２１は、ストッパ部２１ａにより直角に延長されており、単一の接線方向に冷却流体を方向づけることが可能となっている。

図２に、放射面４が、円形の縁端４ａであって、その縁において、冷却流体を供給し環状部２ａに開口する１または複数の筒状ダクト１８と連通する縁路２８により境界づけられた縁端４ａを含む、上記原理の他の実施形態を示す。冷却流体の筒状ダクト１８は、筒状ダクト１８の終端と放射面の縁端４ａとが同一レベルに配置されるように、支持体の縁端２ａであって放射面の前方平面に配置された縁端２ａに開口している。

図８Ａ～８Ｂにおいてより具体的に見られるように、冷却流体の供給路１５は、環状部２ａに開口する筒状ダクト１８と連通している。筒状ダクト１８に関する損失水頭（pertes de charge）を筒状ダクト１８の断面積を増加させることなく低減するために、筒状ダクト１８は、有利には、複数の平行な誘導経路（couloirs d'acheminement）１８ｂであって、図示の例では３経路であり、環状部２ａの円形に適合する（epouser）ように設けられた誘導経路を含む。この筒状ダクト１８は、放射面の縁端４ａの周縁の限られた断面に合わせて（selon）開口している。

各入口では、冷却流体は、筒状ダクト１８とともに、筒状ダクト１８の出口断面に面し該出口断面から離間して配置された偏向させる壁２ｂによって、接線方向に沿って案内される。この偏向させる壁２ｂは、速度ベクトルの法線成分の大きさが制限されるように接線方向に沿って流体を方向づける、冷却流体用のデフレクタとして作用する。

図示の例では、偏向させる壁２ｂは、支持体の環状部２ａに面して延びる環状の境界の形状で実現されている。支持体の環状部２ａは、接続壁２ｃによって、環状の境界２ｂに接続されている。環状部２ａに面し環状部２ａから離間して延びる環状境界２ｂは、縁路２８を区画しており、縁路２８は、上述のように、ボディ２に設けられた溝によって、冷却室の外側を閉じつつ冷却室の中央部と内部で連通するように、形成されている。

縁路２８は、支持体の環状部２ａと環状境界２ｂとを機械的に接続する点状の複数のスタッド２９（plots 29 ponctuels）を含む。図９および１０に示す例示的な実施形態では、複数のスタッドは、それぞれ、冷却流体の進行方向を変更する羽の形状で形成されている。各スタッド間の空間は、流体に、冷却室１１へのアクセスを与える、求心方向開口を形成する。

各スタッド２９は、損失水頭を制限するために、接線方向から疑似放射方向に変化する曲がったプロファイルを有する。

図７に示す他の実施形態では、冷却室１１は、放射面４の縁において分布する一連の入口１４を含み、各々が、流体を案内する少なくとも１つの筒状ダクト１８を呈し、冷却室内で冷却流体の渦巻流を協働して形成するように音響伝搬軸Ａを含む平面Ｐに直交する方向に沿って方向づけられている。当然ながら、本発明に係るプローブの全ての変形例に、複数の入口が設けられ得る。

図４，５Ａ，５Ｂ，６，７および９に示す例では、冷却室１１は、放射面４の音響伝搬軸Ａに合致する出口軸Ｙを有する単一の出口１６を含む。図２に示す他の実施形態では、変換器３は、その中央部において、冷却流体用の第２出口１６を含む。２つの出口１６は、放射面４の音響伝搬軸Ａの両側に対称に配置されており、出口軸Ｙは、放射面４の音響伝搬軸Ａと同一直線上にある。当然ながら、本発明に係るプローブの全ての変形例に、複数の出口が設けられ得る。この変形例では、冷却流体は、音響伝搬軸Ａの周りで１回転の渦巻に基づいて（selon）流れる。

先の記載に続けて説明すると、本発明の主題は、超音波を生成するプローブの変換器を冷却する新規な方法であって、放射面の冷却室の入口と出口の間において、冷却流体の渦巻流を、冷却室内で、変換器の中央部に垂直な軸の周りで形成することを備える方法を提案する。この渦巻流すなわち単一の渦巻きに基づく流れにより、治療用超音波プローブまたはさらにはその中央に配置された画像形成プローブの、伝導による冷却の効果および均一性が同時に向上する。

当然ながら、本発明の主題は、変換器の後面を冷却するためにも実行され得る。

本発明は、説明し図示した例に限定されない。なぜなら、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を上記例に適用できるためである。

Claims (15)

1. 超音波を生成するプローブの変換器（３）を冷却する方法であって、前記変換器（３）は、前部において、超音波を放射する面（４）であって音響伝搬軸（Ａ）を有する面（４）を呈し、後部において、後面（５）を呈し、少なくとも前記放射面（４）は、少なくとも１つの入口（１４）の上流において延びる少なくとも１つの筒状ダクトであって接線成分（ＶＴ）、求心成分（ＶＣ）および法線成分（ＶＮ）の３つの成分に分解される速度ベクトルを有する冷却流体を導くように縦延伸軸（Ｘ）に沿って規定される長さを有する少なくとも１つの筒状ダクトを介して前記冷却流体が導入される冷却室（１１）を部分的に区画し、前記冷却流体は、前記少なくとも１つの入口（１４）と、前記放射面の中央部に配置された少なくとも１つの出口（１６）と、の間で流れ、前記方法は、前記放射面（４）の縁に配置された前記入口（１４）と、前記出口（１６）と、の間において、渦巻に基づく前記冷却流体の流れを、前記冷却室内で、前記変換器の前記放射面の前記音響伝搬軸（Ａ）の周りで形成するように、前記筒状ダクト（１８）を、前記筒状ダクト（１８）の縦延伸軸（Ｘ）および前記筒状ダクト（１８）により生じる前記速度ベクトルが接線成分であって前記速度ベクトルの前記接線成分の前記速度ベクトルの前記求心成分に対する比率が１よりも大きくなるような接線成分を呈するように方向づけることを備えることを特徴とする、方法。
2. 超音波生成プローブであって、前記超音波生成プローブは変換器（３）を含み、前記変換器（３）は、前部において、超音波を放射する面（４）であって超音波を伝搬させるための音響伝搬軸（Ａ）を有する面（４）を呈し、後部において、後面（５）を呈し、少なくとも前記放射面（４）は、冷却室（１１）であって、冷却流体が、筒状ダクトを介して導入され、少なくとも１つの入口（１４）と前記放射面の中央部に配置された少なくとも１つの出口（１６）との間で流れる冷却室（１１）を部分的に区画し、前記筒状ダクトは、前記入口の上流において延び、接線成分（ＶＴ）、求心成分（ＶＣ）および法線成分（ＶＮ）の３つの成分に分解される速度ベクトルを有する前記冷却流体を導くように縦延伸軸（Ｘ）に沿って規定される長さを有し、前記入口（１４）は、前記放射面（４）の縁に配置され、前記筒状ダクト（１８）は、前記冷却室（１１）内で渦巻に基づく冷却流体の流れを形成するよう前記流体を案内するように、前記筒状ダクト（１８）の縦延伸軸（Ｘ）が前記音響伝搬軸（Ａ）および前記入口（１４）を含む平面（Ｐ）に実質的に直交する接線方向に沿って規定される接線成分を呈しかつ前記速度ベクトルの前記求心成分に対する前記速度ベクトルの前記接線成分の比率が１よりも大きくなるように方向づけられていることを特徴とする、プローブ。
3. 前記超音波プローブは、前記入口において、前記筒状ダクトの前記出口に面して配置され、前記接線方向に沿って前記流体を方向づける、前記流体を偏向させる少なくとも１つの壁（２１，２ｂ）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記放射面（４）は出口に開口する平面に配置された縁端（４ａ）を含み、前記筒状ダクト（１８）は前記冷却流体を案内するものであり、流体を偏向させる壁（２１，２ｂ）は前記筒状ダクトの前記出口に面して配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の超音波プローブ。
5. 前記放射面（４）の前記縁端（４ａ）は、その縁において、冷却流体を供給する少なくとも１つの筒状ダクト（１８）と連通する縁路（２８）により境界づけられ、前記縁路（２８）には、前記冷却室と連通する少なくとも１つの求心方向開口が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記超音波プローブは、複数の求心方向連通開口であって各々が前記冷却流体の進行方向を変更する２つの隣り合う羽（２９）の間で区画された複数の求心方向連通開口を含み、前記羽（２９）は、１つの接線方向から疑似放射方向に変化する曲がったプロファイルを有することを特徴とする、請求項５に記載の超音波プローブ。
7. 前記プローブ（１）は、筒状ダクト（１８）であって、冷却流体を供給し、前記冷却室（１１）に開口し、かつ、前記接線方向に合致する法線を有する横断面を呈する筒状ダクト（１８）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の超音波プローブ。
8. 前記冷却室（１１）は、前記放射面の前記縁に分布する一連の入口（１４）であって、各々が、前記流体用の少なくとも１つの筒状ダクト（１８）を呈し、前記冷却室（１１）内で前記冷却流体の渦巻流を協働して形成する方向に沿って方向づけられている一連の入口（１４）を含むことを特徴とする、請求項２～７のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
9. 前記放射面（４）は、集束幾何形状を呈することを特徴とする、請求項２～８のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
10. 前記放射面（４）は、音響伝搬軸について対称に頂部が切り取られた形状を呈することを特徴とする、請求項９に記載の超音波プローブ。
11. 前記変換器（３）は、その中央部において、前記冷却流体用の第２出口（１６）を含み、前記２つの出口は、好ましくは、前記放射面（４）の前記音響伝搬軸の両側に対称に配置されていることを特徴とする、請求項２～１０のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
12. 前記変換器（３）は、その中央部において、画像形成プローブ（８）用の収容溝（６）を区画する切取部であって前記切取部の両側に前記冷却流体用の前記出口（１６）が配置された切取部を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の超音波プローブ。
13. 前記プローブは、前記入口により前記冷却室（１１）に開口する流体供給ダクト（１５）を含み、前記ダクトは、流体速度を制御する装置を含むことを特徴とする、請求項２～１２のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
14. 前記超音波プローブは、前記変換器（３）の前記後面の温度を測定するのに適した温度センサを含み、前記温度センサは、流体速度を制御する装置に接続されており、前記温度測定に基づいて前記冷却室内の前記流体の入口速度を制御することを可能としていることを特徴とする、請求項１３に記載の超音波プローブ。
15. 前記筒状ダクト（１８）は、円形断面のダクトである場合、その直径と比べて大きいもしくは等しい長さを呈し、楕円形断面のダクトである場合、最小の直径と比べて大きいもしくは等しい長さを呈し、または、長方形断面のダクトである場合、最小の幅と比べて大きいもしくは等しい長さを呈することを特徴とする、請求項２～１４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
    

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