JPH0337937B2 - - Google Patents
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- JPH0337937B2 JPH0337937B2 JP3822183A JP3822183A JPH0337937B2 JP H0337937 B2 JPH0337937 B2 JP H0337937B2 JP 3822183 A JP3822183 A JP 3822183A JP 3822183 A JP3822183 A JP 3822183A JP H0337937 B2 JPH0337937 B2 JP H0337937B2
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an ultrasonic probe attached to an ultrasonic diagnostic apparatus.
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。
An ultrasonic diagnostic device consists of an ultrasonic probe (hereinafter referred to as a probe), a transmitter, a receiver, a signal processor, and a display. , characteristics are required to efficiently convert electrical power applied during transmission into acoustic power, and to efficiently convert acoustic power returned from the subject during reception into electrical power. Furthermore, in view of the influence that ultrasound waves have on living organisms, the transmitting section is required to provide the maximum electrical power to the probe within a range that does not impair safety. Furthermore, the S/N ratio of the receiver is determined mostly by the noise of the first-stage preamplifier system, and this must be kept to a minimum.
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。 In Figure 1a, the probe and transmitter are shown as simple equivalent circuits, the probe is a parallel circuit with conductance G and susceptance B, and the transmitter is a parallel circuit with a power supply V 0 , its internal resistance γ, and tuning inductance L. Consists of parallel circuits. Therefore, the electrical power P applied to the probe can be expressed as follows, where V is the voltage applied across the probe. Here, V() is the frequency characteristic as shown in Figure 1b, and G() is the frequency characteristic as shown in Figure 1c.
It has the frequency characteristics shown below. As is clear from the equation, the electrical power P applied to the probe
In order to increase V() and G(), the band can be increased.
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。 Figures 2a and 2b schematically show the structure of the probe. The probe includes a piezoelectric body 1 and an electrode 2
(2-1, 2-2), a coating layer 3, an acoustic lens 4, and a backing material 5. When a voltage V is applied to the piezoelectric body 1, electrical power is converted to acoustic power, and sound waves are radiated to the front surface (to the right in the figure) and the rear surface of the piezoelectric body 1. The sound waves radiated to the rear surface are absorbed by the backing material 5. Figure 2a shows the actual usage state of the probe, and the probe is
Since it is in close contact with the subject, the front surface of the acoustic lens 4 has an acoustic impedance Z 2 =1.5 to 1.6×10 6 Kg/
A subject 6 having a time of m 2 sec is placed. Piezoelectric body 1
The sound waves emitted to the front surface of the acoustic lens 4 are slightly reflected at the boundary between the acoustic lens 4 and the subject 6. The sound pressure ratio is expressed as: Sound pressure ratio = | (Z 2 - Z 1 )/(Z 1 + Z 2 ) | Note that Z 1 represents the acoustic impedance of the acoustic lens 4.
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。 Next, FIG. 2b shows a case where the probe is not in close contact with the subject 6, for example, a case where the probe is driven but left in the air.
Acoustic impedance of air 7 Z 3 = 10 -5 ×10 6 Kg/
m 2 sec, in this case most of the sound waves emitted to the front surface of the piezoelectric body 1 are reflected at the interface between the acoustic lens 4 and the air 7, and therefore the electrical power applied to the probe is The power is no longer transmitted to the outside of the probe. That is, these acoustic powers are absorbed in the backing material 5 or the acoustic lens 4 inside the probe, and finally become heat. There is no problem if the conductance G() and susceptance B() are small, but the G() can be reduced by giving the maximum electrical power to the probe within a range that does not impair safety at the transmitter. As B() becomes larger, the temperature of the probe itself increases due to the heat generated within the probe. and,
If the temperature of the probe itself exceeds body temperature, problems arise, such as giving discomfort or anxiety to the subject, such as the patient or operator, and accelerating thermal deterioration of the probe itself.
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。
This invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe that minimizes the temperature rise of the ultrasonic probe by efficiently dissipating the heat generated inside the ultrasonic probe to the outside. With the goal.
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。
The outline of this invention for achieving the above object is as follows:
In an ultrasonic probe in which various parts that emit ultrasonic waves are built into a probe case, the space other than the space occupied by the various parts in the probe case is filled with a molded member having high thermal conductivity and high electrical insulation. It is characterized by this.
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。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 3 is a sectional view showing an ultrasonic probe which is an embodiment of the present invention.
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。 The ultrasonic probe 20 shown in FIG. Electrodes 2-1 and 2 for driving each ultrasonic transducer 1 are provided on the surface opposite to the backing material 5 and the surface opposite to the backing material 5, respectively.
Furthermore, an acoustic lens 4 is provided on the ultrasonic transducer 1 across the electrode 2-1, and a ground wire 8 connected to the electrode 2-1 and the electrode 2-2 are attached. In a structure in which signal lines 12 connected via a flexible PC board 9 are collectively pulled out as a cable 11, a backing material 5, an ultrasonic transducer 1, an electrode 2-
1, 2-2, a space other than the space occupied by the acoustic lens 4, flexible PC board 9, ground wire 8, and signal line 12 is filled with a molding material 22 having high thermal conductivity and high electrical insulation. Mold member 2
2 must have high thermal conductivity in order to efficiently dissipate heat generated within the ultrasonic probe case 20 to the outside. The reason why the mold member 22 must have high electrical insulation is to prevent the signal line and the ground line from being shorted due to the high voltage pulse applied to the probe, and to prevent the operator from This is to ensure electrical safety for the subject. Mold member 22
In order for the molded member 22 to be said to have high thermal conductivity and high electrical insulation properties, it depends on the relationship with the materials constituting other members such as the probe case 10 and the acoustic lens 4, but normally the molded member 22 has high thermal conductivity and high electrical insulation properties. It is preferable that the thermal conductivity is 20×10 -4 cal/cm・sec°C or higher, and the volume resistivity is
It is preferable that it is 10 10 Ω·cm or more. Examples of materials having such thermal conductivity and volume resistivity include materials in which boron nitride, ceramic, etc. are mixed into resin such as epoxy.
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、Ql
およびQB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,Cl,CB,
CM,Cc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、Hpは超音
波振動子とバツキング材との間における熱抵抗、
HAは空気とブローブケースとの間における熱抵
抗、HC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、HMはモールド部材とパツキン
グ材との間における熱抵抗、HB1,HB2はバツキ
ング材の熱抵抗、Hl1,Hl2はレンズ材の熱抵抗、
HX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QB,Ql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。 The thermal equivalent circuit of the ultrasonic probe 20 having the above configuration is as shown in FIG. In Figure 4, Q l
and Q B are the amount of heat generated in the acoustic lens and packing material, and Cp, C l , C B ,
C M , C c and Cair are the heat capacities of the ultrasonic transducer, acoustic lens, backing material, mold member, probe case and air, respectively, and H p is the thermal resistance between the ultrasonic transducer and the backing material,
H A is the thermal resistance between the air and the probe case, H C is the thermal resistance between the probe case and the mold member, H M is the thermal resistance between the mold member and the packing material, H B1 , H B2 are The thermal resistance of bucking material, H l1 and H l2 are the thermal resistance of lens material,
H X is the thermal resistance of the ground wire. As shown in the thermal equivalent circuit of FIG. 4, the amounts of heat Q B and Q l generated in the bucking material 5 and the acoustic lens 4, respectively, are released to the outside of the ultrasonic probe via the mold member 22, and the 20 temperature rises can be prevented.
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。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the gist of the invention. Needless to say.
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。
According to this invention, since the probe case is filled with a molded member having high thermal conductivity and high electrical insulation, the ultrasonic vibrator, acoustic lens,
It is possible to reduce the thermal resistance between the packing material, etc. and the cable, and as a result, the amount of heat generated can be released to the outside of the ultrasonic probe, and the temperature rise of the ultrasonic probe can be effectively suppressed. can.
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。
Figure 1a is an equivalent circuit of the ultrasound probe and transmitter, Figure 1b is a spectrum diagram showing the spectrum of the voltage V applied to the ultrasound transducer, and Figure 1c is the spectrum diagram of the conductance G of the ultrasound transducer. Characteristic diagram showing the ultrasonic characteristics, Figure 2a is a schematic diagram showing the structure of an ultrasound probe in close contact with a subject, Figure 2b is a schematic diagram showing the structure of an ultrasound probe left in the air, Figure 3 FIG. 4 is a sectional view showing an ultrasonic probe which is an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a circuit diagram showing a thermal equivalent circuit of the embodiment. 20...Ultrasonic probe, 22...Mold member.
Claims (1)
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。[Claims] 1. In an ultrasonic probe in which various members that emit ultrasonic waves are built into a probe case, a space other than the space occupied by the various members in the probe case,
An ultrasonic probe characterized by being filled with a molded member having high thermal conductivity and high electrical insulation. 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the mold member is made of boron nitride.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3822183A JPS59164045A (en) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3822183A JPS59164045A (en) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Ultrasonic probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164045A JPS59164045A (en) | 1984-09-17 |
| JPH0337937B2 true JPH0337937B2 (en) | 1991-06-07 |
Family
ID=12519243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3822183A Granted JPS59164045A (en) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Ultrasonic probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS59164045A (en) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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-
1983
- 1983-03-10 JP JP3822183A patent/JPS59164045A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS59164045A (en) | 1984-09-17 |
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