具有被動熱耗散的矩陣超聲波探針的制作方法
【專利摘要】一種矩陣陣列超聲波探針遠離所述探針的遠端地被動地耗散由矩陣陣列換能器及波束成形器ASIC所形成的熱。所述換能器堆中形成的熱聯(lián)接到探針手柄內(nèi)部的金屬框架。金屬散熱器熱聯(lián)接到所述探針框架以遠離所述框架地傳送熱。所述散熱器圍繞所述探針手柄的所述內(nèi)部且具有熱聯(lián)接到所述探針殼體的內(nèi)表面的外表面。熱由此自所述散熱器均勻地聯(lián)接到所述殼體中而不在所述殼體中形成熱點，所述熱點可使超聲波檢驗師的手不舒服。
【專利說明】具有被動熱耗散的矩陣超聲波探針
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療診斷系統(tǒng)，且尤其涉及具有被動熱耗散的矩陣陣列換能器探針?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]用于二維(2D)成像的常規(guī)一維(ID)陣列換能器探針由位于系統(tǒng)主框架中的傳輸驅(qū)動電路致動。探針電纜插入到系統(tǒng)主框架中，且探針表面處的陣列的換能器元件被主框架系統(tǒng)中的驅(qū)動電路驅(qū)動以進行傳輸。雖然由換能器元件的壓電致動產(chǎn)生的熱必須通過探針耗散，但由系統(tǒng)主框架中的高壓 驅(qū)動電路產(chǎn)生的熱可由該系統(tǒng)相對容易地耗散。然而，固態(tài)3D成像探針具有數(shù)以千計的換能器元件的二維矩陣，且具有數(shù)千同軸驅(qū)動信號導(dǎo)體的電纜是不切實際的。因此，波束成形器ASIC (微波束成形器)被用于具有用于探針自身中的換能器元件的集成驅(qū)動電路及接收電路的探針中。波束成形器ASIC控制并執(zhí)行傳輸和接收波束成形的至少一部分以便電纜中僅需要相對少的信號路徑導(dǎo)體，從而使得能夠?qū)嶋H細的電纜用于3D成像探針。
[0003]在探針中具有傳輸波束成形ASIC和驅(qū)動電路的情形下，由此電路產(chǎn)生的熱現(xiàn)在必須自探針而非系統(tǒng)主框架耗散。由于波束成形ASIC直接附接于換能器陣列后面，因此，換能器堆和ASIC的熱現(xiàn)在處于探針之前部處，恰好在接觸患者的透鏡的后面。在過去，已采取各種方法自超聲波探針的前部耗散熱。美國專利5，213，103 (Martin等人)中示出的一種方法是使用自探針的前部處的換能器延伸到在后部處的電纜編織層的熱沉。熱通過熱沉自換能器導(dǎo)走且到達電纜編織層中，熱透過電纜和探針殼體自所述電纜編織層耗散。Martin等人僅輸送來自不具有驅(qū)動電路的壓電換能器的熱,這是由于Martin等人探針的驅(qū)動電路可能在系統(tǒng)主框架中。一種更為主動積極的冷卻方法是使用如美國專利5，560, 362 (Sliwa.Jr.等人)中所描述的主動冷卻或者美國專利公開案第US2008/0188755號(Hart)中所描述的熱電冷卻器。借助于冷卻劑的主動冷卻需要必要的空間和裝置來使冷卻劑循環(huán)以及冷卻劑泄露的危害，且該兩種方法皆使探針內(nèi)部的部件復(fù)雜性和間距復(fù)雜化。需要一種比Martin等人的技術(shù)更加有效且沒有主動冷卻方法的復(fù)雜性的被動冷卻技術(shù)。進一步期望此類被動冷卻技術(shù)以避免探針中熱點的形成，所述熱點可將熱集中于探針殼的一個特定點或數(shù)個特定點且因此集中到探針用戶的手中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的原理，描述一種使用被動熱耗散來耗散由矩陣陣列換能器和ASIC產(chǎn)生的熱的矩陣陣列超聲波探針。由這些元件產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到散熱器，所述散熱器透過探針殼體下方的表面區(qū)域散布熱。通過散熱器的熱散布防止熱點在探針殼體的手柄部分的一個特定點或者幾個特定點處的形成。所散布的熱然后透過探針殼體和探針電纜耗散。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]在圖中:[0006]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的矩陣陣列超聲波探針的第一橫截面視圖。[0007]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的矩陣陣列探針的第二橫截面視圖，其正交于圖1。[0008]圖3是圖1和2的矩陣陣列探針的四分之一部分的橫截面視圖。[0009]圖4圖示了安裝于導(dǎo)熱探針框架上的矩陣陣列換能器堆、ASIC和襯塊。[0010]圖5是用于矩陣陣列探針的散熱器的一半的透視圖。[0011]圖6圖示了在探針殼體的一半經(jīng)移除的情況下組裝的先前附圖的矩陣陣列探針。[0012]圖7圖示了圍繞散熱器的一半模塑的探針殼體。[0013]圖8是圖1到6的矩陣陣列探針的主要部件部分的分解組件圖。
【具體實施方式】
[0014]首先參考圖1，以橫截面示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的矩陣陣列超聲波探針10。探針10具有形成探針的手柄部分的外殼22，所述手柄部分由超聲波檢驗師在使用所述探針時握住。探針的遠端由換鏡轉(zhuǎn)盤殼體24包封。在覆蓋遠端的透鏡36的后面的是由ASIC支持的矩陣陣列換能器，兩者均在12處予以指示。ASIC的集成電路通過換能器元件控制傳輸且執(zhí)行由所述陣列傳輸和接收的信號的傳輸和接收波束成形。如果期望將換能器陣列的元件聯(lián)接到ASIC的電路，則可采用插入物。舉例來說，國際專利公開案W02009/083896(Weekamp等人)中描述一種此類插入物。在矩陣陣列換能器和ASIC后面的是石墨襯塊14，石墨襯塊14使來自矩陣陣列的背部的聲混響衰減且遠離探針的遠端地傳導(dǎo)在矩陣陣列和ASIC中所形成的熱。可在共同未決的2011年3月17日提出申請的美國專利申請案第61/453，690號中找到石墨襯塊的其它細節(jié)。鋁或鎂探針框架16與石墨襯塊的背部導(dǎo)熱接觸以進一步遠離探針的遠端地傳導(dǎo)熱。框架16也安裝探針的電部件，所述電部件自身安裝于兩個印刷電路板上且占據(jù)由18指示的探針的內(nèi)部的空間。在探針的背部處且自探針的近端延伸的是探針電纜28。電纜28通過夾具26夾持到框架的后部。
[0015]圍繞探針的手柄部分中的框架16的是散熱器20。所述散熱器與框架16的兩側(cè)導(dǎo)熱接觸，如圖2中所示。此熱接觸被導(dǎo)熱墊片(例如由導(dǎo)熱帶或?qū)岣?膩子(putty))形成的導(dǎo)熱墊片)促進，在所述導(dǎo)熱墊片處，散熱器20在30處接觸框架16的側(cè)部。散熱器20抵靠著框架16以及在32處通過螺釘實現(xiàn)的熱聯(lián)接部保持到位。圖3是圖1和2的探針的四分之一橫截面視圖，其示出在框架16的頂部上的印刷電路板34和圍繞在探針的手柄部分中的框架16和印刷電路板的散熱器20。
[0016]圖4是框架16的一個實施例的透視圖，其中石墨襯塊14和矩陣陣列換能器以及ASIC12安裝于框架的頂部上且與框架導(dǎo)熱接觸。在此實施例中，在框架16的側(cè)部上存在凸緣38，散熱器附接到所述凸緣以便有效地將熱自框架傳導(dǎo)到散熱器。
[0017]圖5圖示了散熱器20的一個實施方案。在此實施方案中，所述散熱器形成為在對角定位的邊緣處安裝在一起的兩個蛘殼式半部。圖5的視圖中所圖示的半部在背部和頂部上圍繞殼體22的手柄部分的內(nèi)部，且其配對的半部圍繞手柄內(nèi)部的前部和底部。在此視圖中可見的是兩個孔，螺釘穿過所述兩個孔插入以將散熱器緊固到框架16的一側(cè)。
[0018]圖7圖示了其中殼體22圍繞金屬散熱器而模塑的散熱器的另一實施方案。在此實施方案中，手柄部分22和換鏡轉(zhuǎn)盤24模塑為單個殼體22’，單個殼體22’圍繞散熱器20’形成以便散熱器20’不僅圍繞手柄內(nèi)部的體積，而且還向前延伸以圍繞殼體的遠端中的換能器堆。散熱器20’將因此與石墨襯塊直接導(dǎo)熱接觸，所述石墨襯塊遠離矩陣陣列和ASIC12地攜載熱。探針的遠端中的熱將因此被攜載到探針的后部且由探針框架16和散熱器20’兩者耗散。
[0019]圖6是本發(fā)明的組裝好的探針10的平面圖，其中換鏡轉(zhuǎn)盤和殼體22的半部被移除。此視圖示出了完全包封殼體22的手柄部分內(nèi)部的框架16及印刷電路板的散熱器20。散熱器20在其整個區(qū)域上方傳導(dǎo)熱，從而避免熱點在殼體內(nèi)部的特定點處形成。這些熱點的形成可由使用探針的超聲波檢驗師的手感覺到且雖然其不足以造成危險，但其可使得探針的使用不舒服。本發(fā)明的益處是熱在殼體內(nèi)部的整個散熱器散布且單個的熱點將不形成。由散熱器傳導(dǎo)的熱自散熱器20的外表面?zhèn)鲗?dǎo)到殼體22的內(nèi)表面,所述熱從所述內(nèi)表面透過殼體耗散且耗散到空氣中。為促進將熱自散熱器20傳送到殼體22中，導(dǎo)熱膩子層可伸展于散熱器與殼體之間，從而將熱在殼體的整個內(nèi)表面區(qū)域上攜載到殼體中，且進一步防止熱點在殼體中形成。[0020]圖8是示出了包含上文所述的部件中的許多部件的本發(fā)明的探針10的組件的分解視圖。包含矩陣陣列換能器和波束成形器ASIC12以及石墨襯塊14(此附圖中未示出)的換能器堆緊固到探針框架16的頂部，如先前附圖中所示出。印刷電路板18a和18b緊固到框架16的相對側(cè)。來自電纜28的導(dǎo)線連接到印刷電路板上的連接器，且夾具26a和26b圍繞電纜28的應(yīng)力釋放部和編織層而夾持，且所述夾具也夾持到自框架16的近端延伸的兩個軌道17a和17b?？蚣?6的近端到電纜編織層的此聯(lián)接促進將熱自框架傳送到電纜編織層中且遠離探針。導(dǎo)熱墊片或?qū)崮佔痈采w框架16的凸緣38的表面，且散熱器的兩個半部20a和20b借助于螺釘緊固到框架16的凸緣側(cè)。換鏡轉(zhuǎn)盤24和透鏡36放置于在換能器堆上方的組件的遠端上。組裝的散熱器的外表面(或殼體半部的內(nèi)表面)涂覆有導(dǎo)熱膩子且殼體圍繞散熱器和導(dǎo)熱膩子而放在適當位置且與散熱器和導(dǎo)熱膩子接觸，其中殼體和換鏡轉(zhuǎn)盤的接縫被密封以防止流體進入。組裝的探針現(xiàn)在準備用于最終測試并遞送給用戶。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲換能器陣列探針,包括:換能器堆，所述換能器堆具有聯(lián)接到用于換能器陣列的專用集成電路(ASIC)的換能器元件陣列；導(dǎo)熱框架，所述導(dǎo)熱框架熱聯(lián)接到所述換能器堆；殼體，所述殼體形成探針手柄且包封所述框架的至少一部分；和導(dǎo)熱散熱器，所述導(dǎo)熱散熱器熱聯(lián)接到所述框架且呈現(xiàn)外表面區(qū)域，該外表面區(qū)域與所述殼體的內(nèi)表面區(qū)域?qū)是覠崧?lián)接到所述內(nèi)表面區(qū)域以防止熱點在所述殼體中的形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述換能器元件陣列進一步包括換能器元件的二維矩陣陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述ASIC進一步包括波束成形器ASIC，所述波束成形器ASIC使來自所述矩陣陣列的傳輸波束及由所述矩陣陣列的元件接收的回波信號至少部分地波束成形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述換能器堆進一步包括位于所述ASIC與所述框架之間的導(dǎo)熱襯塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述超聲換能器陣列探針進一步包括提供所述框架與所述散熱器之間的熱聯(lián)接的導(dǎo)熱墊片或?qū)崮佔印?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述框架具有側(cè)部凸緣，且其中所述散熱器以與所述框架的所述側(cè)部凸緣導(dǎo)熱接觸的方式緊固。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所`述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述散熱器用螺釘或螺栓固定到所述框架的所述側(cè)部凸緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述超聲換能器陣列探針進一步包括提供所述散熱器與所述殼體之間的熱聯(lián)接的導(dǎo)熱墊片或?qū)崮佔印?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述換能器堆進一步包括位于所述ASIC與所述框架之間的導(dǎo)熱襯塊，其中所述散熱器直接熱聯(lián)接到所述襯塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述超聲換能器陣列探針進一步包括緊固至所述框架的印刷電路板。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述超聲換能器陣列探針進一步包括具有金屬編織層的探針電纜，其中所述框架進一步熱聯(lián)接到所述電纜的所述金屬編織層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述散熱器由鋁或鎂制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述框架由鋁或鎂制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器陣列探針，其特征在于，所述殼體的至少一部分被圍繞所述散熱器的至少一部分模塑而成以形成單件式單元。
【文檔編號】A61B8/00GK103533896SQ201280023686
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】R·E·戴維森, S·R·弗里曼, B·J·薩沃德 申請人:皇家飛利浦有限公司