JP4843473B2 - 超音波診断装置およびその超音波プローブ - Google Patents

Description

本発明は、被検体内に対し超音波を送受し、これに基づき超音波画像を得る超音波診断装置に関し、特に装置本体に対し超音波プローブを着脱するためのプローブコネクタの放熱に関する。

被検体の内部に対し超音波を送信し、受信された超音波により対象部位の超音波画像を得る超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、対象部位や得たい画像に合わせて、超音波の送受を行う超音波プローブが交換可能となっている。超音波プローブは、被検体に接触し、超音波の送受を行うプローブヘッドと、超音波診断装置の本体に装着されるプローブコネクタと、プローブヘッドとプローブコネクタとを接続するプローブケーブルを含む。プローブコネクタを本体に装着することにより、これに設けられた端子ピンと、本体に設けられた端子穴が接続して装置本体側の回路とプローブヘッド内の超音波振動子が電気的に接続される。

従来のプローブコネクタには、プローブヘッドの超音波振動子と端子ピンを結ぶ配線が収められている。

特開２００１−３５３１４７号公報 米国特許第５５６０３６２号明細書

近年、より高い解像度、また三次元超音波画像を取得するために、より多くの超音波振動子を備えた、すなわち多チャンネルの超音波プローブが要望されている。超音波振動子と端子ピンは１対１で接続されているため、超音波振動子が増加するとプローブコネクタの端子ピンの数も増加し、コネクタに収まり切らなくなる。このため、装置本体側で行っていた振動子の駆動制御および受信信号の処理等を、プローブコネクタ内に設けた回路で行うことが考えられる。

しかし、プローブコネクタ内に超音波振動子の駆動回路、受信信号の信号処理回路等を収めるとこれらの回路の発熱が問題となる。

上記の特許文献１，２には、超音波プローブのプローブヘッドの温度を制御する技術が開示されているが、プローブコネクタの発熱に関しては考慮されていない。つまり、従来、超音波プローブのコネクタに電気回路等を搭載した際に生じる発熱に係る問題を解決する技術はなかった。

本発明は、電気回路等を搭載したプローブコネクタを放熱する技術を提供する。

本発明の超音波診断装置においては、超音波プローブのプローブコネクタの少なくとも一部が、超音波診断装置の装置本体に入り込むようにされている。プローブコネクタの、この装置本体に入り込む部分には、複数の凹凸を有するヒートシンクが設けられている。このヒートシンク部分を、装置本体に備えられた冷却手段により冷却する。例えば、装置本体に設けられたファンにより本体内に気流を生じさせ、この気流によりヒートシンクの熱を奪い、プローブコネクタの放熱を促進するようにできる。ヒートシンクの凹凸は、この気流に当たる表面積を増大させ、効率よく放熱が行われるようにしている。

また、ファンにより生成される気流が、効率よくプローブコネクタのヒートシンクの部分に流れるようにダクトを設けることができる。これは、例えば、プローブコネクタを装着したときに、ダクト内に、ヒートシンクが位置するように、ダクトを構成することにより達成される。

ヒートシンクは、プローブコネクタの、このプローブコネクタを装置本体の装着する方向に対して側方となる面である側面に設けるようにできる。

ヒートシンクの凹凸は、複数のフィンにより形成するようにできる。

プローブコネクタ内部には、回路素子が実装された複数の基板が設けられ、基板の回路素子の少なくとも一つとヒートシンクに接続され、回路素子から発生する熱をヒートシンクに伝える伝熱部材を有するようにできる。伝熱部材は、例えばヒートパイプを用いることができる。

本発明によれば、プローブコネクタで発生した熱を、装置本体側の冷却手段により放熱させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１０の概略構成を示すブロック図である。超音波診断装置１０は、被検体に対し超音波を送受するプローブヘッド１２を含む超音波プローブ１４と、超音波プローブを制御して超音波の送受信を行い、得られた受信信号に基づき超音波画像を提供する装置本体１６とに大別される。

超音波プローブ１４は、装置本体１６に着脱可能なプローブコネクタ１８を有し、これには接続ピン２０を備えたプラグ２２が設けられている。接続ピン２０と、プローブヘッド１２の各振動子とは、プローブケーブル２４によって接続されている。また、プローブコネクタ１８には、プローブヘッド１２からの超音波の送受信の制御や、超音波振動子の駆動、受信された信号に対し所定の処理を行うコネクタ側送受信回路装置２６が収容されている。

装置本体１６には、プローブコネクタのプラグ２２を受けるレセプタクル２８が設けられ、レセプタクル２８には、プラグ２２の接続ピン２０と接続する接続穴３０が設けられている。プローブコネクタ１８を装置本体１６に装着すると、プラグ２２とレセプタクル２８が結合し、接続ピン２０は接続穴３０に接触する。これにより、超音波プローブ１４と装置本体１６とが電気的に接続される。

装置本体１６は、本体側送受信回路装置３２を備えている。本体側送受信回路装置３２は、コネクタ側の送受信回路装置２６と協働して、超音波プローブ１４の超音波の送受等に係る制御を行う。本体側送受信回路装置３２は、送受制御部３４の制御に従い動作し、また、送受制御部３４は、操作パネル３６より入力されたユーザからの指示に応じて送受信回路装置３２の制御を行う。取得された受信信号は、画像形成部３８に送られ、ここで所定の処理が実行されて、Ｂモード断層画像等の所定の画像が形成される。この形成された画像は、例えばディスプレイ４０に表示され、ユーザに提供される。

前述のようにプローブコネクタ１８には、超音波の送受信、受信信号の処理等を行う回路の一部が備えられている。これらの回路は、従来装置本体１６に備えられている送受信回路装置の一部を分離し、更に新たな機能を追加して超音波プローブ１４側に設けたものである。このような構成を採るのは、一つには、超音波振動子数の増加等に伴い、回路規模が増大し、装置本体のスペースが足りないこと、さらに配線数の増加により、プローブコネクタ１８に設けられる接続ピン２０が、コネクタの装置本体１６に対向する面に収まらなくなる等の理由による。一部の信号処理を超音波プローブ１４側で行うことにより、接続ピン、接続穴の数の減少を図っている。

このように、プローブコネクタ１８に回路を内蔵した場合、回路デバイスなどの回路素子からの発熱が問題となる。この発熱は、回路デバイスそのものの故障、コネクタのケースの変形などの問題を生じさせる可能性があり、適切に放熱する必要がある。

装置本体１６の、プローブコネクタ１８を装着する部分であるコネクタ装着部４２は、装置本体１６の外形からへこんで形成され、ここにプローブコネクタ１８の少なくとも一部が入り込むようにして装着される。すなわち、装置本体１６の外形より奥まった位置にレセプタクル２８が設けられ、このレセプタクル２８の周囲に、プローブコネクタ１８の外形とほぼ同形状の凹部としてコネクタ装着部４２が形成されている。ここにプローブコネクタのプラグ２２が接続され、プローブコネクタ１８を装着したときには、これの一部が装置本体１６の外形より奥へ入り込んだ状態となる。装着時、プローブコネクタ１８の装置本体１６に入り込む部分の少なくとも一部には、凹凸形状を有するヒートシンク４４が設けられている。プローブコネクタ１８が装着されているとき、プローブコネクタ内部で発生する熱は、このヒートシンクより、装置本体１６内部へと放熱される。

装置本体１６内部には、本体側送受信回路装置３２等の発熱する構成が配置されており、装置本体には、これらを冷やすための冷却手段４６が設けられている。冷却手段４６は、例えばファンであり、装置本体１６内部に気流を形成し、この気流により冷却がなされる。また、ファンにより装置本体１６内部の空気を外部に排出するようにすることができる。この場合、装置本体１６に外気を導入する導入口を設けるようにできる。逆に、ファンにより装置本体１６内部に外気を送り込み、別に設けた排出口より、本体内部の空気を排出するようにもできる。ファンの配置は、ファンにより形成される気流が、プローブコネクタのヒートシンク４４に効率よく当たるように検討されることが好ましく、特に、ダクト等を設け、気流を誘導し、気流がヒートシンク４４周囲を流れるように構成することも可能である。

図２〜４は、プローブコネクタ１８の一例を示す図であり、図２が斜視図、図３が側面図、図４が上面図である。各図には、プローブコネクタ１８を装置本体１６に装着した状態が示されており、装置本体１６の本体筐体４８が示されている。図２において、本体筐体４８の右側部分が、装置本体１６の内部であり、左側部分は外部である。同様に、図３において、本体筐体４８の右側部分が内部、左側部分が外部であり、図４においては、上側部分が内部、下側部分が外部となっている。

プローブコネクタ１８は直方体の外形を有し、装置本体１６の内部に入り込む部分には、複数のフィン５０を立設して形成されたヒートシンク４４が設けられている。フィン５０は、プローブコネクタ１８の側面、すなわち装着方向（図２に矢印Ａで示す方向）に対し、側方を向いた面に形成されている。また、それぞれのフィン５０は、装着方向Ａに直交する面内に配置されている。しかし、装着方向Ａに平行な方向に配置することもできる。

図３，４に示されるように、フィン５０の先端は、プローブコネクタ１８の装置本体１６の外部に露出する部分５２の外形よりはみ出さないようになっている。これにより、プローブコネクタ１８を装置本体１６に装着したとき、これらの間に隙間が生じないように構成されている。

図５〜７は、前述の図２等に示したプローブコネクタ１８のヒートシンク４４を覆うように、ダクト５４が設けられた例を示す図である。図５が斜視図、図６および図７がダクト５４を破断し、内部のヒートシンク４４が見えるようにした側面図と上面図である。

ダクト５４は、装置本体１６に設けられたファン５８（図８，９参照）まで延び、ファンの生成する気流をヒートシンク４４まで導いている。気流は、図５において下方の開口５６より、ヒートシンク４４に沿って上昇し、ヒートシンク４４の上方で水平に向きを変え、ファンへと流れる。フィン５０の配置は、この流れに沿った向きとなっており、流れを妨げないようになっている。

図８，９は、ファン５８の配置の例を示している。これらの図において、下側が超音波診断装置の正面、すなわち装置の操作者に面する側である。プローブコネクタ１８は、一般的に装置本体１６の正面に装着される。図８は、ファン５８を側面に設けた例であり、図５において奥に延びているダクト５４の先にファン５８が設けられている。図９は、装置本体１６の背面にファン５８を設けた例である。ダクト５４は、一旦側面に向かって延び、その後屈曲して側面に沿って背面に延びている。

図１０は、プローブコネクタ１８の内部構造の概略を示した図である。プローブコネクタ１８の内部には、コネクタ側送受信回路装置２６の回路素子を実装した基板６０が配置されている。基板６０には、ＩＣ、トランジスタなどの回路素子が実装されており、そのうち特に発熱量の多い回路素子６２には、ヒートパイプ６４が接している。ヒートパイプ６４の一端は、ヒートシンク４４に接触し、回路素子６２で発生した熱をヒートシンク４４に効率よく伝達する。ヒートパイプ６４に替えて、金属、例えば銅、アルミニウムなどの高い熱伝導率を有する材料を用いる熱伝導部材とすることもできる。

本実施形態においては、ヒートシンク４４は、平板のフィン５０を複数設けたものとしたが、フィン自身にも凹凸を設けるようにもできる。また、フィンの他、プローブコネクタの表面を波状に形成して、凹凸形状を得ても良い。また、ファンは、装置本体内の空気を排出するためのファンと、特にプローブコネクタに重点をおいて冷却するためのファンを別個に設けるようにすることができる。

本実施形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 プローブコネクタの外形形状の詳細を示す斜視図である。 プローブコネクタの外形形状の詳細を示す側面図である。 プローブコネクタの外形形状の詳細を示す上面図である。 ダクトを用いた例を示す斜視図である。 ダクトを用いた例を示す部分断面側面図である。 ダクトを用いた例を示す部分断面上面図である。 ダクトに気流を生成するファンの配置の一例を示す図である。 ダクトに気流を生成するファンの配置の他の一例を示す図である。 プローブコネクタの内部の概略構造を示す図である。

符号の説明

１０ 超音波診断装置、１４ 超音波プローブ、１６ 装置本体、１８ プローブコネクタ、４２ コネクタ装着部、４４ ヒートシンク、４６ 冷却手段、４８ 本体筐体、５０ フィン、５４ ダクト、５８ ファン、６０ 基板、６２ 回路素子、６４ ヒートパイプ（伝熱部材）。

Claims (7)

1. 被検体に対し超音波を送受して超音波画像を得る超音波診断装置であって、
   装置本体と、
   装置本体内を冷却する冷却手段と、
   被検体に対し超音波を送受する超音波プローブに含まれ、当該超音波プローブを装置本体に着脱可能に装着し、これらを電気的に接続するプローブコネクタと、
   を含み、
   プローブコネクタは、当該プローブコネクタが装置本体に装着された際、装置本体に入り込む部分を有し、この表面に、複数の凹凸を有するヒートシンクが設けられ、このヒートシンクよりプローブコネクタ内部で発生する熱を放熱する、
   超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置であって、
   冷却手段は、装置本体に設けられたファンであり、
   さらに、ファンが発生する気流を導くダクトを有し、
   ダクトの一部は、プローブコネクタが装着される部分に配置され、プローブコネクタ装着時にヒートシンクがダクト内に位置する、
   超音波診断装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、ヒートシンクはプローブコネクタの装着方向に対する側面に設けられる、超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置であって、ヒートシンクの凹凸は複数のフィンにより形成される、超音波診断装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置であって、
   プローブコネクタ内部には、回路素子が実装された複数の基板が設けられ、
   基板の回路素子の少なくとも一つとヒートシンクとに接続され、回路素子から発生する熱をヒートシンクに伝える伝熱部材を有する、
   超音波診断装置。
6. 被検体に対し超音波を送受して超音波画像を得る超音波診断装置の装置本体に着脱可能に装着され、被検体に対し超音波を送受する超音波プローブであって、
   当該超音波プローブを、装置本体に着脱可能に装着し、これらを電気的に接続するプローブコネクタを有し、
   プローブコネクタが装置本体に装着された際、プローブコネクタの装置本体に入り込む部分の表面に、複数の凹凸を有するヒートシンクを備え、このヒートシンクよりプローブコネクタ内部で発生する熱を放熱する、
   超音波プローブ。
7. 請求項６に記載の超音波プローブであって、
   プローブコネクタ内部には、回路素子が実装された複数の基板が設けられ、
   基板の回路素子の少なくとも一つとヒートシンクとに接続され、回路素子から発生する熱をヒートシンクに伝える伝熱部材を有する、
   超音波プローブ。

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