具有散熱纜線的超聲矩陣陣列探針的制作方法

具有散熱纜線的超聲矩陣陣列探針的制作方法
【專利摘要】包括換能器陣列和聯(lián)接到所述換能器元件的集成電路的矩陣陣列探針通過(guò)所述換能器探針的外殼來(lái)耗散由所述陣列和集成電路產(chǎn)生的熱量。所述探針連接器中的泵將流體泵送經(jīng)過(guò)閉合回路系統(tǒng)，所述閉合回路系統(tǒng)包括所述纜線中的引入和引出流體導(dǎo)管。所述纜線中的所述流體導(dǎo)管由所述探針的所述纜線電導(dǎo)體分離開。所述探針中的熱傳遞是通過(guò)所述探針空間構(gòu)架或換能器堆棧襯塊中的熱交換器實(shí)現(xiàn)的，且可使用珀?duì)柼?Peltier)裝置。還可通過(guò)與所述超聲系統(tǒng)中的冷卻器的金屬對(duì)金屬接觸來(lái)提供額外冷卻。
【專利說(shuō)明】具有散熱纜線的超聲矩陣陣列探針發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，且具體地講涉及通過(guò)探針纜線耗散由探針ASIC產(chǎn)生的熱量的超聲矩陣陣列探針。

【背景技術(shù)】
[0002]在超聲成像中會(huì)使用二維陣列換能器來(lái)進(jìn)行三維掃描。二維陣列在方位角方向和垂直方向上具有許多行和列的換能器元件，這將需要大量的纜線導(dǎo)體以便在探針和主機(jī)超聲系統(tǒng)之間聯(lián)接信號(hào)。用于最大程度地減少探針纜線中的信號(hào)導(dǎo)體的數(shù)量的優(yōu)選技術(shù)是在微波束成形器ASIC(專用集成電路)中在探針中執(zhí)行至少一些波束成形。此技術(shù)僅需要將相對(duì)少量的部分波束成形的信號(hào)聯(lián)接到主機(jī)超聲系統(tǒng)，從而減少纜線中需要的信號(hào)導(dǎo)體的數(shù)量。然而，在二維陣列和微波束成形器ASIC之間必須進(jìn)行大量的信號(hào)連接。進(jìn)行這些連接的一種有效方式是將換能器陣列和ASIC設(shè)計(jì)成具有倒裝芯片互連件，從而使換能器陣列的導(dǎo)電墊片直接凸塊接合到ASIC的對(duì)應(yīng)導(dǎo)電墊片。
[0003]然而，微波束成形器ASIC的高密度電子電路可在其小IC包裝內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，這些熱量必須被耗散掉。此熱量可沿兩個(gè)主要方向流動(dòng)。一個(gè)方向是向前經(jīng)過(guò)聲堆棧朝向探針的患者接觸端的透鏡。此向前路徑對(duì)熱流動(dòng)的阻力相對(duì)小。熱量在透鏡中的積累必須通過(guò)降低傳輸電壓和/或脈沖重復(fù)頻率來(lái)預(yù)防，而這會(huì)不利于探針性能。
[0004]優(yōu)選的熱傳導(dǎo)方向是通到后方，遠(yuǎn)離透鏡和患者，朝向探針后方的散熱器(通常為鋁)。然而，通常位于換能器堆棧后面的陣列元件和微波束成形器ASIC是聲襯塊。聲襯塊的目的是使源自聲堆棧后面的超聲能量衰減并防止此能量導(dǎo)致朝向聲堆棧反射的交混回響。聲襯塊通常由具有良好的聲衰減性能的材料制成，例如載有微氣囊或其它消音顆粒的環(huán)氧樹脂。然而，此類材料通常具有差的導(dǎo)熱性。因此，期望提供一種用于超聲探針的聲襯塊，其對(duì)于進(jìn)入襯塊的聲能量具有良好的聲衰減作用，能夠朝向探針后方并遠(yuǎn)離透鏡良好地傳導(dǎo)熱量，具有可視需要支撐聲堆棧的良好機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且能夠?qū)⑽⒉ㄊ尚纹鰽SIC與探針的其它導(dǎo)電部件適當(dāng)?shù)仉姼綦x開。
[0005]表現(xiàn)出這些特性的一種聲襯塊在2011年3月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)SN61/453690中有所描述。此專利申請(qǐng)中描述的襯塊由具有內(nèi)部聲阻尼構(gòu)件的高導(dǎo)熱材料的矩陣形成。所述導(dǎo)熱材料的優(yōu)選材料是表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性的石墨。石墨被形成為其機(jī)械穩(wěn)定性足以支撐換能器陣列堆棧的剛性塊。內(nèi)部的聲阻尼構(gòu)件優(yōu)選地定位成使得垂直于換能器陣列堆棧后表面行進(jìn)的聲波必須遇到聲阻尼構(gòu)件并被聲衰減，所述聲阻尼構(gòu)件可通過(guò)在充滿了聲阻尼材料的石墨塊中鉆孔而形成。
[0006]盡管此導(dǎo)熱襯塊是離開微波束成形器ASIC的熱量的極佳導(dǎo)體，但在耗散熱量的方式和位置上仍存在問題。在沒有更多設(shè)備的情況下，熱量必須從探針本身耗散出去。無(wú)內(nèi)部電子器件的超聲換能器能夠采用適中的熱措施來(lái)有效耗散來(lái)自換能器元件的熱量，例如利用背襯中的金屬散熱片、探針框架以及探針中的熱沉。由于集成電路已開始出現(xiàn)在探針中，已經(jīng)使用了諸如散熱器的位于探針殼體內(nèi)部并聯(lián)接到探針殼體的被動(dòng)冷卻元件來(lái)耗散額外熱量。例如，參見在2011年5月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)SN 61/486,796。然而，即使是此類改良的被動(dòng)冷卻也不能完全耗散由集成電路產(chǎn)生的所有熱量，從而，如上文所提及為了保持低于熱限值而使性能降低。因此需要能夠額外耗散換能器熱量的能力。除了探針本身之外的另一種方式是將探針中的熱路徑連接到纜線中的金屬部件(即，信號(hào)/電力導(dǎo)體和屏蔽編織層)以通過(guò)這些部件來(lái)耗散熱量。然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，由于沿著在導(dǎo)體和編織層中的纜線的導(dǎo)熱性以及從導(dǎo)體和編織層到在此處耗散熱量的纜線表面的導(dǎo)熱性的限制，這不會(huì)顯著提高熱耗散能力。本發(fā)明旨在更有效地使用換能器纜線來(lái)幫助耗散此額外熱量。這可以幫助管理透鏡表面溫度和探針手柄溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的原理，描述了一種超聲矩陣陣列探針，其借助于基于流體的閉合回路主動(dòng)冷卻系統(tǒng)通過(guò)探針纜線來(lái)耗散由探針微波束成形器ASIC產(chǎn)生的熱量。探針中的熱交換器與導(dǎo)熱襯塊熱連通，而所述導(dǎo)熱襯塊熱聯(lián)結(jié)到所述探針ASIC。在一個(gè)實(shí)施例中，所述熱交換器嵌入到導(dǎo)熱襯塊中。位于探針罩殼中的或位于纜線的近側(cè)端部處的探針連接器中的泵將流體泵送經(jīng)過(guò)纜線中的流體導(dǎo)管并經(jīng)過(guò)探針熱交換器。流體導(dǎo)管以將熱量從流體有效地傳導(dǎo)到纜線表面的方式形成和布置在纜線中，其中熱量在纜線表面通過(guò)輻射和對(duì)流而耗散。還可以通過(guò)探針連接器和超聲系統(tǒng)之間的金屬對(duì)金屬接觸而提供額外冷卻，這會(huì)在不存在超聲系統(tǒng)和探針的閉合回路系統(tǒng)之間的流體連接的情況下提供額外的冷卻能力。所述閉合回路冷卻系統(tǒng)完全包含在探針、其纜線和探針連接器內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]在下圖中:
[0009]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的具有導(dǎo)熱襯塊的矩陣陣列探針聲堆棧。
[0010]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的矩陣陣列探針、連接器和散熱纜線。
[0011]圖3、4、5和6示出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于探針纜線中的探針熱耗散的不同的換能器導(dǎo)體和流體導(dǎo)管束。
[0012]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有一體形成的流體導(dǎo)管的散熱探針纜線護(hù)套。
[0013]圖8是導(dǎo)熱襯塊的透視圖。
[0014]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明原理的具有流體冷卻通路的導(dǎo)熱襯塊。
[0015]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的導(dǎo)熱石墨泡沫襯塊。
[0016]圖11示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中通過(guò)探針連接器和主機(jī)超聲系統(tǒng)中的冷卻器之間的金屬對(duì)金屬接觸來(lái)交換熱量。

【具體實(shí)施方式】
[0017]首先參見圖1，示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的具有導(dǎo)熱襯塊的聲堆棧100。通過(guò)切口 75切開壓電層110 (如PZT)和接合到壓電層的兩個(gè)匹配層120、130，以形成由單獨(dú)的換能器元件175形成的陣列170，圖1可見四個(gè)換能器元件175。換能器陣列170可包括單行換能器元件(1-D陣列)，或者是沿兩個(gè)正交方向切開以形成換能器元件的二維(2D)矩陣陣列的壓電板。矩陣陣列170還可包括通過(guò)半導(dǎo)體加工形成于半導(dǎo)體基底上的微加工超聲換能器(MUT)的一維或二維陣列。匹配層使壓電材料的聲阻抗與所診斷的身體的聲阻抗相匹配，這通常是在漸進(jìn)匹配層中分步實(shí)現(xiàn)的。在此實(shí)例中，第一匹配層120形成為導(dǎo)電石墨復(fù)合物，而第二匹配層130由載有導(dǎo)電顆粒的聚合物形成。接地平面180接合到第二匹配層的頂部，且形成為在由低密度聚乙烯(LDPE) 140形成的膜150上的導(dǎo)電層。所述接地平面通過(guò)導(dǎo)電匹配層電聯(lián)接到換能器元件，并連接到柔性電路185的接地導(dǎo)體。LDPE膜150形成堆棧的第三且最終的匹配層140。
[0018]集成電路160ASIC位于換能器元件下方，其為換能器元件175提供傳輸信號(hào)并接收和處理來(lái)自所述元件的信號(hào)。集成電路160的上表面上的導(dǎo)電墊片通過(guò)釘柱凸塊190電聯(lián)接到換能器元件底部上的導(dǎo)電墊片，所述釘柱凸塊可由焊料或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂形成。通過(guò)至柔性電路185的多處連接將信號(hào)提供至集成電路160及從其提供信號(hào)。襯塊165位于集成電路160下方，所述襯塊使源自換能器堆棧底部的聲能量衰減。根據(jù)本發(fā)明的原理，所述襯塊還傳導(dǎo)集成電路所產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)離集成電路和換能器堆棧，并遠(yuǎn)離換能器探針的患者接觸端。
[0019]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的矩陣陣列換能器探針14、纜線28和連接器32。所述探針部件被容納在外部聚合物罩殼20中。張力減輕套筒18在纜線28進(jìn)入探針罩殼20處環(huán)繞纜線。所述罩殼內(nèi)部的稱為“空間構(gòu)架”的結(jié)構(gòu)12支撐著探針的內(nèi)部部件并適合于罩殼的內(nèi)部尺寸。在遠(yuǎn)側(cè)，探針的患者接觸端是矩陣陣列聲堆棧100。探針的非導(dǎo)電性患者接觸表面稱為透鏡10，其中通過(guò)所述接觸表面發(fā)送和接收超聲波。波束成形器ASIC160位于二維換能器陣列170后面，而具有聲衰減和導(dǎo)熱能力的襯塊165位于ASIC后面并與其熱接觸。根據(jù)本發(fā)明，熱交換器16與導(dǎo)熱襯塊165的背面熱接觸。冷卻流體通過(guò)第一導(dǎo)管22被泵送到熱交換器的進(jìn)入端口中，而攜載著來(lái)自探針的熱量的加溫流體通過(guò)第二導(dǎo)管24流出探針。這些導(dǎo)管與探針14的信號(hào)導(dǎo)體和電力導(dǎo)體一起經(jīng)過(guò)探針纜線28。由第二導(dǎo)管24中的流體傳送的熱量通過(guò)纜線的外部覆蓋層耗散，如下文更完整地描述。此閉合回路系統(tǒng)中的流體通過(guò)聯(lián)接到兩根流體導(dǎo)管22和24的泵26而連續(xù)循環(huán)。所述泵位于探針連接器32中，而探針連接器將探針及其纜線連接到主機(jī)超聲系統(tǒng)。在將連接器32附接到超聲系統(tǒng)時(shí)，連接器中的電插座與超聲系統(tǒng)上的插塞相配接。在此布置方式中，將冷卻流體泵送經(jīng)過(guò)纜線導(dǎo)管22并經(jīng)過(guò)熱交換器16，其中冷卻流體吸收來(lái)自ASIC 160的已由導(dǎo)熱襯塊傳導(dǎo)遠(yuǎn)離ASIC的熱量。被加溫的流體經(jīng)過(guò)導(dǎo)管24離開探針14，并經(jīng)過(guò)纜線28，其中所述加溫流體通過(guò)纜線表面以對(duì)流和傳導(dǎo)的方式耗散熱量。由于探針纜線很長(zhǎng)，因此用以耗散在探針中吸收的熱量的纜線長(zhǎng)度及纜線表面積是相當(dāng)可觀的。流動(dòng)流體以冷卻后的狀態(tài)返回泵26，且所述過(guò)程繼續(xù)。
[0020]圖3-6示出了用于配置基于流體的散熱探針纜線28的多種技術(shù)，以便有效且高效地實(shí)現(xiàn)加溫流體的熱量傳遞和耗散。在圖3的實(shí)施例中，引出(從探針；加熱后的)導(dǎo)管24位于纜線一側(cè)上，而引入(冷卻)導(dǎo)管22位于纜線另一側(cè)上，其通過(guò)從連接器32延伸到探針14的信號(hào)導(dǎo)體和電力導(dǎo)體分離。在此實(shí)施例中，電導(dǎo)體被捆扎成離散的子束40。通過(guò)將電導(dǎo)體分成若干子束，導(dǎo)體子束將保持在流體導(dǎo)管周圍和之間，且將不會(huì)像單獨(dú)的未捆扎導(dǎo)體可發(fā)生的情況一樣被單獨(dú)地分離開并發(fā)生移位。因此，電導(dǎo)體的子束將把彼此熱分離的流體導(dǎo)管保持在纜線的相反側(cè)上。所述子束和導(dǎo)管由金屬和/或石墨纜線編織層42環(huán)繞，所述編織層為電導(dǎo)體提供射頻電屏蔽，且還沿著纜線的長(zhǎng)度延伸。所述纜線編織層還提供從引出(溫?zé)?導(dǎo)管到外部纜線護(hù)套的高效熱傳遞。然后，來(lái)自引出導(dǎo)管24中的流體的熱量從纜線護(hù)套的表面44耗散。
[0021]圖4示出了其中引入(冷卻)導(dǎo)管22與電導(dǎo)體子束40—起位于纜線編織層42中的另一纜線配置。所述另一導(dǎo)管24位于纜線編織層42外部。所述纜線編織層如前一實(shí)例中一樣屏蔽導(dǎo)體，且子束還使兩根導(dǎo)管分離。作為另一種選擇，可反向封裝所述導(dǎo)管，其中引出導(dǎo)管24位于纜線編織層42內(nèi)部，而引入導(dǎo)管22位于編織層外部。所述電導(dǎo)體、編織層和導(dǎo)管同樣位于纜線護(hù)套44中。
[0022]圖5的實(shí)施例類似于圖3的實(shí)施例，但在纜線編織層42和纜線護(hù)套外表面44之間添加了導(dǎo)熱層46。所述導(dǎo)熱層可為護(hù)套的一部分，其有利于從引出(溫?zé)?導(dǎo)管24到纜線28表面的高效熱傳遞。
[0023]圖6示出了用于分離兩根流體導(dǎo)管的另一種方法，即為兩根導(dǎo)管使用螺旋纏繞管22’、24’。所述兩個(gè)螺旋纏繞體的旋轉(zhuǎn)是交錯(cuò)交替的，使得兩根流體導(dǎo)管總是分離的。電導(dǎo)體沿著兩根螺旋管中心延伸，且纜線護(hù)套44包封所述螺旋導(dǎo)管和導(dǎo)體。螺旋纏繞導(dǎo)管會(huì)為纜線護(hù)套提供比筆直導(dǎo)管大的表面積，從而提供來(lái)自導(dǎo)管和纜線內(nèi)部的加溫流體的更多熱傳遞。
[0024]在圖7的實(shí)施例中，流體導(dǎo)管22、24與纜線護(hù)套44 一體形成。因此，在纜線護(hù)套的擠出成型期間形成流體導(dǎo)管22、24。所述兩根流體導(dǎo)管將保持分離，因?yàn)槠湟惑w地附接到護(hù)套的相對(duì)側(cè)，而被屏蔽的電導(dǎo)體延伸穿過(guò)護(hù)套中心。
[0025]存在若干方式來(lái)實(shí)施導(dǎo)熱襯塊165與探針中的熱交換器16之間的高效熱交換。一種方式是將熱交換器16形成為探針空間構(gòu)架的一部分。所述空間構(gòu)架通常由鋁制成，這是高效的導(dǎo)熱體。圖2中的熱交換器則是安裝聲堆棧及其導(dǎo)熱襯塊的空間構(gòu)架的交叉構(gòu)件，其中所述襯塊與交叉構(gòu)件16熱連通。多個(gè)流體通路被機(jī)加工穿過(guò)交叉構(gòu)件16并聯(lián)接到流體導(dǎo)管，使得從導(dǎo)管22傳入的流體流動(dòng)經(jīng)過(guò)所述通路并經(jīng)過(guò)弓I出導(dǎo)管24流出。在交叉構(gòu)件16被通過(guò)襯塊傳遞至其的熱量加熱時(shí)，流動(dòng)經(jīng)過(guò)交叉構(gòu)件的通路的流體將所述熱量帶走。
[0026]探針中的另一種熱量交換實(shí)施例則在熱交換器16中包含與導(dǎo)熱襯塊165熱連通的珀?duì)柼?Peltier)裝置。珀?duì)柼b置具有由兩種金屬制成的金屬對(duì)金屬接頭。在將電流施加到接頭時(shí)，一側(cè)變冷且另一側(cè)變暖。通過(guò)使冷側(cè)與襯塊熱接觸，珀?duì)柼b置則將從襯塊吸取熱量。流體導(dǎo)管22、24的流體所流經(jīng)的如先前所述的熱交換器的流體管、線圈或通路構(gòu)件與珀?duì)柼b置的暖側(cè)熱連通，并且通過(guò)引出導(dǎo)管24的流體將熱量從裝置的暖側(cè)帶走。
[0027]圖8、9和10中示出了第三探針熱交換實(shí)施例。在此實(shí)施例中，流體熱交換是在導(dǎo)熱襯塊中完成的。圖8示出了如前述的于2011年3月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)SN61/453690中所述的具有導(dǎo)熱和聲衰減能力的石墨襯塊。在此圖示中，為清晰地圖示襯塊的內(nèi)部復(fù)合結(jié)構(gòu)而將石墨呈現(xiàn)為透明的。將聲阻尼構(gòu)件形成為襯塊中的由背襯材料制成的多個(gè)帶角度柱體30。將柱體30切割或鉆成石墨塊20，然后填充聲阻尼材料，諸如充滿了微氣囊或其它聲阻尼顆粒的環(huán)氧樹脂。柱體30的頂部對(duì)集成電路160背面呈現(xiàn)了大面積聲阻尼材料。因此，源自集成電路和聲堆棧背面的大量不期望的聲能量將立即穿行到阻尼材料中。如圖8中所見的柱體的角度和圖9的剖視圖確保了沿Z軸方向遠(yuǎn)離ASIC行進(jìn)的聲能量將必須在行進(jìn)路徑中的某點(diǎn)處與阻尼材料相交。優(yōu)選地，在Z軸方向上不存在完全由石墨形成的路徑，且柱體的角度不會(huì)促進(jìn)能量往回反射到集成電路中，而是提供向下和遠(yuǎn)離集成電路的散射角度。實(shí)際上，阻塞大部分Z軸通道，諸如通過(guò)阻塞95%的所述通道，便足矣。因此，柱體的角度確保了阻抑全部或基本上全部Z軸定向的聲能量。
[0028]然而，熱量將找出通過(guò)柱體30之間的石墨的連續(xù)通道。由于熱量的流動(dòng)是從較高溫區(qū)域到較低溫區(qū)域(較大熱密度到較小熱密度)，因此熱量將從集成電路160和聲堆棧100流動(dòng)離開，到達(dá)襯塊165下方的結(jié)構(gòu)，在這里熱量可被安全地耗散。
[0029]為實(shí)現(xiàn)基于流體的閉合回路冷卻，在襯塊165中形成流體通路54，如圖9的剖視圖中所示。引入(冷卻)導(dǎo)管22聯(lián)接到流體通路54的進(jìn)入端口 52，且引出(溫?zé)?導(dǎo)管24聯(lián)接到流體通路的出路端口 56。隨著熱量從ASIC 160傳遞到襯塊165中，熱量通過(guò)穿過(guò)引出流體導(dǎo)管24的流體流動(dòng)而被帶離襯塊和探針。在不具有單獨(dú)熱交換器的情況下，在襯塊本身內(nèi)實(shí)現(xiàn)了熱交換。
[0030]圖10不出了此技術(shù)的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，具有導(dǎo)熱和聲裳減能力的襯塊165由多孔石墨泡沫36形成。石墨泡沫襯塊外表面上的環(huán)氧樹脂38涂層提供了結(jié)構(gòu)剛度和易于結(jié)合到ASIC 160的環(huán)氧樹脂表面。在所述襯塊任一側(cè)上鉆孔穿過(guò)環(huán)氧樹脂層，并將流體端口 52和56定位在所述孔中。流體端口因此可到達(dá)襯塊165的多孔內(nèi)部。所述多孔石墨泡沫的開放結(jié)構(gòu)允許流體從一個(gè)端口流到另一個(gè)端口。冷卻流體從引入導(dǎo)管22流入一個(gè)端口、經(jīng)過(guò)所述多孔泡沫結(jié)構(gòu)、并經(jīng)過(guò)另一個(gè)端口流出并進(jìn)入到引出導(dǎo)管24中。石墨36會(huì)將熱量高效傳導(dǎo)到襯塊165中，以便通過(guò)流體流動(dòng)而帶走，所述開放泡沫結(jié)構(gòu)有助于流體流動(dòng)，且石墨顆粒會(huì)高效散射和衰減來(lái)自聲堆棧背面的聲能量。
[0031]如果需要的熱耗散比通過(guò)纜線28所能提供的熱耗散還要多，則可從超聲系統(tǒng)提供額外的冷卻。優(yōu)選地，此額外冷卻是在連接器與超聲系統(tǒng)之間不存在任何流體連通的情況下提供的；使閉合回路流體流動(dòng)完全在探針、纜線和連接器內(nèi)將是期望的。在圖11中，流體通路穿過(guò)其中的金屬板60位于具有電插座34的連接器中。引出(溫?zé)?流體導(dǎo)管聯(lián)接到板60的流體通路一端，而流體導(dǎo)管23從流體通路另一端聯(lián)接到泵26。因此，在被泵送回到纜線和探針中之前，溫?zé)岬牧黧w將流動(dòng)經(jīng)過(guò)板60，從而加熱所述板。在將探針連接器32插入到超聲系統(tǒng)200且電插座與超聲系統(tǒng)的匹配插塞34’配接時(shí)，將板60壓抵接觸超聲系統(tǒng)的另一流體通路板62。板62由超聲系統(tǒng)中的設(shè)備冷卻。由于空間和功率在超聲系統(tǒng)中并不如在探針中那么重要，因此可在超聲系統(tǒng)中使用幾乎為任何設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)。優(yōu)選的冷卻系統(tǒng)是位于超聲系統(tǒng)中且由超聲系統(tǒng)供電的冷卻器/蒸發(fā)器68，其通過(guò)流體導(dǎo)管64、66和板62的流體通路來(lái)泵送冷的流體。因此，板62被冷卻到相對(duì)于環(huán)境溫度相當(dāng)?shù)偷臏囟取＠鋮s板62和被來(lái)自探針的流體加溫的連接器板60之間的金屬對(duì)金屬接觸實(shí)現(xiàn)了熱量從加溫板60中的流體到冷卻板62的快速高效傳遞。在將探針連接器插入到超聲系統(tǒng)中時(shí)即建立兩個(gè)板之間的熱連通，且沒有任何流體經(jīng)過(guò)探針部件和超聲系統(tǒng)之間。
[0032]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于想到上述系統(tǒng)的變化形式。熱交換器未必由金屬元件制成，而是可使用其它傳導(dǎo)性元件，例如石墨、硅或其它傳導(dǎo)性材料。由于纜線的彎曲、扭結(jié)或扭轉(zhuǎn)所致的流體導(dǎo)管的阻塞可通過(guò)使用冗余的導(dǎo)管而被最小化，例如使用兩根引入導(dǎo)管與兩根引出導(dǎo)管交替存在且繞纜線每90°定位一根?？赏ㄟ^(guò)使用流量傳感器、壓力傳感器而進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)以確保冷卻系統(tǒng)的連續(xù)操作，或者也可進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)?？蓪⒘黧w儲(chǔ)流器連接到流體回路，以便為溫度和壓力改變所致的流體膨脹和收縮做準(zhǔn)備。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲換能器探針組件，包括: 探針罩殼； 換能器元件陣列，其在所述探針罩殼中位于聲窗后面且被配置成通過(guò)所述聲窗來(lái)傳送和接收超聲能量； 集成電路，其聯(lián)接到所述探針罩殼中的所述換能器元件且被配置成處理由所述陣列傳送或接收的信號(hào)； 探針連接器，其被配置成將所述換能器探針連接到超聲系統(tǒng)； 纜線，其連接在所述探針罩殼與所述探針連接器之間；和 基于流體的閉合回路冷卻系統(tǒng)，其包括: 閉合流體回路，其從所述探針罩殼經(jīng)過(guò)所述纜線延伸到所述探針連接器； 聯(lián)接到所述流體回路的泵，其將流體泵送經(jīng)過(guò)所述回路；和 位于所述探針罩殼中的熱交換器，其從所述換能器陣列和所述集成電路獲取熱量， 其中所述纜線中的所述閉合流體回路包括引入流體導(dǎo)管和引出流體導(dǎo)管，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管鄰近所述纜線的外護(hù)套定位并且通過(guò)聯(lián)接在所述探針罩殼和所述探針連接器之間的電導(dǎo)體束而在所述纜線內(nèi)彼此分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管及所述電導(dǎo)體束由纜線編織層環(huán)繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線護(hù)套還包括內(nèi)壁和外壁，且其中所述纜線編織層抵靠所述纜線護(hù)套的所述內(nèi)壁定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線編織層還包括金屬的或石墨的纜線編織層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述超聲換能器探針組件還包括位于所述纜線內(nèi)的纜線編織層， 其中所述纜線編織層包圍所述引入流體導(dǎo)管和多個(gè)電導(dǎo)體束， 其中所述引出流體導(dǎo)管位于所述纜線編織層外部且鄰近所述纜線護(hù)套的內(nèi)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述超聲換能器探針組件還包括位于所述纜線內(nèi)的纜線編織層， 其中所述纜線編織層包圍所述引出流體導(dǎo)管和多個(gè)電導(dǎo)體束， 其中所述引入流體導(dǎo)管位于所述纜線編織層外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線編織層中的所述引出流體導(dǎo)管鄰近所述纜線護(hù)套的內(nèi)壁定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線護(hù)套還包括內(nèi)壁和外壁， 其中所述纜線護(hù)套的內(nèi)壁內(nèi)襯有表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性的材料，以促進(jìn)熱量從所述纜線的內(nèi)部到所述纜線護(hù)套的外壁的傳遞。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線護(hù)套還包括表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性的材料，以促進(jìn)熱量從所述纜線的內(nèi)部到所述纜線護(hù)套的外壁的傳遞。
10.一種超聲換能器探針組件，包括: 探針罩殼； 換能器元件陣列，其在所述探針罩殼中位于聲窗后面且被配置成通過(guò)所述聲窗來(lái)傳送和接收超聲能量； 集成電路，其聯(lián)接到所述探針罩殼中的所述換能器元件且被配置成處理由所述陣列傳送或接收的信號(hào)； 探針連接器，其被配置成將所述換能器探針連接到超聲系統(tǒng)； 纜線，其連接在所述探針罩殼與所述探針連接器之間，所述纜線包括外部纜線護(hù)套；和 基于流體的閉合回路冷卻系統(tǒng)，其包括: 閉合流體回路，其從所述探針罩殼經(jīng)過(guò)所述纜線延伸到所述探針連接器； 位于所述探針連接器中的泵，其將流體泵送經(jīng)過(guò)所述回路；和 位于所述探針罩殼中的熱交換器，其從所述換能器陣列和所述集成電路獲取熱量， 其中所述纜線中的所述閉合流體回路包括引入流體導(dǎo)管和引出流體導(dǎo)管，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管附接到所述纜線護(hù)套并且通過(guò)聯(lián)接在所述探針罩殼和所述探針連接器之間的電導(dǎo)體而在所述纜線內(nèi)彼此分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管形成為所述纜線護(hù)套的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管在與所述纜線護(hù)套的共同模制過(guò)程中形成于所述纜線護(hù)套的相反側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述纜線護(hù)套還包括內(nèi)表面和外表面， 其中所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管附接到所述纜線護(hù)套的所述內(nèi)表面。
14.一種超聲換能器探針組件，包括: 探針罩殼； 換能器元件陣列，其在所述探針罩殼中位于聲窗后面且被配置成通過(guò)所述聲窗來(lái)傳送和接收超聲能量； 集成電路，其聯(lián)接到所述探針罩殼中的所述換能器元件且被配置成處理由所述陣列傳送或接收的信號(hào)； 探針連接器，其被配置成將所述換能器探針連接到超聲系統(tǒng)； 纜線，其連接在所述探針罩殼與所述探針連接器之間，所述纜線包括外部纜線護(hù)套；和 基于流體的閉合回路冷卻系統(tǒng)，其包括: 閉合流體回路，其從所述探針罩殼經(jīng)過(guò)所述纜線延伸到所述探針連接器； 聯(lián)接到所述流體回路的泵，其將流體泵送經(jīng)過(guò)所述回路；和 位于所述探針罩殼中的熱交換器，其從所述換能器陣列和所述集成電路獲取熱量， 其中所述纜線中的所述閉合流體回路包括引入流體導(dǎo)管和引出流體導(dǎo)管，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管在所述纜線內(nèi)螺旋地纏繞且彼此分離，并且所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管具有共同的中心通道，聯(lián)接于所述探針罩殼和所述探針連接器之間的電導(dǎo)體延伸經(jīng)過(guò)所述中心通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲換能器探針組件，其特征在于，所述引入流體導(dǎo)管和所述引出流體導(dǎo)管在所述纜線內(nèi)交替地螺旋纏繞，以便在所述纜線內(nèi)彼此分離。
【文檔編號(hào)】G10K11/00GK104205207SQ201380014991
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月20日
【發(fā)明者】R·E·戴維森, M·斯卡爾塞拉, J·C·泰勒, A·L·魯濱遜 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司