JPH0337937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、超音波診断装置に付属する超音波
プローブに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

超音波診断装置は超音波プローブ（以下プロー
ブと言う。）、送信器，受信器，信号処理器及び表
示器より構成され、よりＳ／Ｎ比の高い診断情報
を得るために、例えば、プローブにつき、送信時
に印加される電気的パワーを効率よく音響パワー
に変換し、また、受信時に被検体から返つてくる
音響パワーを効率よく電気的パワーに変換し得る
特性が要求される。また、送信部に対しては、超
音波が生体におよぼす影響に鑑み、安全性を損な
わない範囲内で最大限の電気パワーをプローブに
与えることが要求される。さらに、受信器に対し
ては、ほとんど初段のプリアンプ系のノイズによ
りＳ／Ｎ比が決定されるが、これを最小限に抑え
る必要がある。

第１図ａはプローブ及び送信器は簡単な等価回
路であらわしたもので、プローブはコンダクタン
スＧとサセブタンスＢとの並列回路、送信部は電
源V₀及びその内部抵抗γと同調用インダクタン
スＬとの並列回路からなる。従つて、プローブに
印加される電気的パワーＰは、プローブの両端に
加わる電圧をＶとすると、 Ｐ＝∫^∞ ₀V₂（）Ｇ（）d …… と表わせる。ここでＶ（）は例えば第１図ｂの
ような周波数特性を、また、Ｇ（）は第１図ｃ
に示す周波数特性を持つている。式から明らか
なように、プローブに印加される電気的パワーＰ
を大きくするためには、Ｖ（）及びＧ（）を大
きくし、その帯域を大きくすればよい。

第２図ａ，ｂは、プローブの構造を模式的に示
したものである。プローブは、圧電体１，電極２
（２−１，２−２）、コーテイング層３、音響レン
ズ４，及びバツキング材５よりなる。圧電体１に
電圧Ｖが印加されると、電気的パワーが音響パワ
ーに変換され、音波が圧電体１の前面（図中右方
向）及び後面に放射される。後面に放射された音
波はバツキング材５に吸収される。第２図ａはプ
ローブの実使用状態を示しており、プローブは、
被検体に密着しているため、音響レンズ４の前面
面には音響インピーダンスZ₂＝1.5〜1.6×10⁶Kg／
m²secを有する被検体６が配置される。圧電体１
の前面に放射された音波は音響レンズ４と被検体
６との間の境界でわずかながら反射される。その
音圧比は 音圧比＝｜（Z₂−Z₁）／（Z₁＋Z₂）｜ と表わされる。なお、Z₁は音響レンズ４の音響イ
ンピーダンスを表わす。

次に第２図ｂは、プローブが被検体６に密着し
ていない場合、例えばプローブは駆動されている
が、空気中に放置されている場合を示しており、
空気７の音響インピーダンスZ₃＝10^-5×10⁶Kg／
m²secであるから、この場合圧電体１の前面に放
射された音波はそのほとんどが、音響レンズ４と
空気７との境界面で反射され、従つてプローブに
印加された電気的パワーは音響パワーとしてプロ
ーブの外部へ透過しなくなる。すなわち、これら
の音響パワーはプローブの内部で、バツキング材
５あるいは音響レンズ４中で吸収され、最終的に
は熱となる。前記コンダクタンスＧ（）および
サセプタンスＢ（）が小さい場合には何ら問題
はないのであるが、送信器において安全性を損な
わない範囲内で最大限の電気的パワーをプローブ
に与えることにより前記Ｇ（）およびＢ（）が
大きくなつてくると、プローブ内で発生する熱に
より、プローブ自体の温度が上昇する。そして、
プローブ自体の温度が体温を越えると、被検体た
とえば患者あるいは術者に不快感ないし不安感を
与えると共にプローブ自体の熱劣化を早める等の
問題点が生ずる。

〔発明の目的〕

この発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、超音波プローブ内部に発生した熱を効率よく
外部に逃がすことにより、超音波ブローブの温度
上昇を最小限に抑えた超音波プローブを提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するためのこの発明の概要は、
超音波を発射する各種部材をブローブケースに内
蔵する超音波プローブにおいて、ブローブケース
内の、各種部材が占める空間以外の空間に、高熱
伝導率および高電気絶縁性を有するモールド部材
を充填してなることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

次に、この発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

第３図はこの発明の一実施例である超音波プロ
ーブを示す断面図である。

第３図に示す超音波プローブ２０は、ブローブ
ケース１０内に配置されたバツキング材５上に短
冊状の多数の超音波振動子１を一列に配列し、各
超音波振動子１のバツキング材５に対する面およ
びバツキング材５とは反対側の面それぞれに、各
超音波振動子１を駆動するための電極２−１，２
−２を貼着し、さらに、電極２−１をはさんで超
音波振動子１上に音響レンズ４を設け、また、前
記電極２−１に接続するアース線８および前記電
極２−２にフレキシブルPC板９を介して接続す
る信号線１２をまとめてケーブル１１として引き
出してなる構造において、ブローブケース１０内
の、バツキング材５、超音波振動子１、電極２−
１，２−２、音響レンズ４、フレキシブルPC板
９、アース線８、信号線１２が占める空間以外の
空間に、高熱伝導性および高電気絶縁性を有する
モールド材２２を充填してなる。モールド部材２
２が高熱伝導性を有しなければならないのは、超
音波ブローブケース２０内での発熱を効率良く外
部に放散させるためである。また、モールド部材
２２が高電気絶縁性を有しなければならないの
は、プローブに印加される高圧パルスにより、信
号線とアース線との間がシヨートしたりすること
のないよう、また、術者、被検者に対する電気的
安全性を確保するためである。モールド部材２２
が高熱伝導性および高電気絶縁性を有すると言い
得るためには、他の部材たとえばブローブケース
１０、音響レンズ４等を構成する材料との関係に
より相違するが、通常、モールド部材２２は、そ
の熱伝導率が20×10^-4cal／cm・sec℃以上である
のが好ましく、また、その体積固有抵抗が
10¹⁰Ω・cm以上であるのが好ましい。そのような
熱伝導率および体積固有抵抗を有する材料として
ボロンナイトライド、セラミツク等をエポキシ等
の樹脂に混入させたものが挙げられる。

以上構成の超音波プローブ２０の熱等価回路は
第４図に示すとおりとなる。第４図において、Q_l
およびQ_Bそれぞれは音響レンズおよびパツキン
グ材中で発生した熱量、並びに、Cp，C_l，C_B，
C_M，C_cおよびCairそれぞれは超音波振動子、音
響レンズ、バツキング材、モールド部材、プロー
ブケースおよび空気の熱容量であり、H_pは超音
波振動子とバツキング材との間における熱抵抗、
H_Aは空気とブローブケースとの間における熱抵
抗、H_Cはプローブケースとモールド部材との間
における熱抵抗、H_Mはモールド部材とパツキン
グ材との間における熱抵抗、H_B1，H_B2はバツキ
ング材の熱抵抗、H_l1，H_l2はレンズ材の熱抵抗、
H_Xはアース線の熱抵抗である。第４図の熱等価
回路が示すように、バツキング材５および音響レ
ンズ４でそれぞれ発生する熱量Q_B，Q_lはモール
ド部材２２を介して超音波プローブ外に放出され
ることとなり、超音波プローブ２０の温度上昇を
防止することができる。

以上、この発明の一実施例について詳述した
が、この発明は前記実施例に限定されるものでは
なく、この発明の要旨を変更しない範囲内で適宜
に変形して実施することができるのはいうまでも
ない。

〔発明の効果〕

この発明によると、プローブケース内に、熱伝
導率が大きく、かつ電気絶縁性の高いモールド部
材で充填するので、超音波振動子、音響レンズ、
パツキング材等とケーブルとの間の熱抵抗を低下
させることができ、これにより、発熱した熱量を
超音波プローブ外に放出することができて、超音
波プローブの温度上昇を有効に抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは超音波プローブと送信器との等価回
路、第１図ｂは超音波振動子に印加する電圧Ｖの
スペクトルを示すスペクトラム図、第１図ｃは超
音波振動子のコンダクタンスＧの超音波特性を示
す特性図、第２図ａは被検体に密着した超音波プ
ローブの構造を示す模式図、第２図ｂは空気中に
放置した超音波プローブの構造を示す模式図、第
３図はこの発明の一実施例である超音波プローブ
を示す断面図および第４図は前記実施例の熱等価
回路を示す回路図である。 ２０……超音波プローブ、２２……モールド部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を発射する各種部材をプローブケース
   に内蔵する超音波プローブにおいて、ブローブケ
   ース内の、各種部材が占める空間以外の空間に、
   高熱伝導率および高電気絶縁性を有するモールド
   部材を充填してなることを特徴とする超音波プロ
   ーブ。 ２ 前記モールド部材が、ボロンナイトライドで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の超音波プローブ。