本申請(qǐng)是要求于2014年6月10日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)為14/301,299，標(biāo)題為“用于冷卻超聲換能器系統(tǒng)和方法”的優(yōu)先權(quán)的國(guó)際專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)通過引用在此引入其全部?jī)?nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

所公開的技術(shù)一般涉及超聲探頭，并且更具體地涉及減小超聲探頭的熱量的系統(tǒng)和方法。

附圖說明

圖1A是根據(jù)所公開的技術(shù)被配置的超聲換能器的等距側(cè)視圖。

圖1B和1C是圖1A的超聲換能器的等距側(cè)面分解圖。

圖1D是圖1A的超聲換能器的側(cè)面分解圖。

具體實(shí)施例

所公開的技術(shù)總體上涉及冷卻超聲換能器的系統(tǒng)和方法。將理解的是，以下闡述的若干細(xì)節(jié)被提供，以一種足以使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用所公開的實(shí)施方式的方式來描述以下實(shí)施方式。然而，下面描述的若干細(xì)節(jié)可能不是實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的某些實(shí)施方式所必需的。此外，該技術(shù)可以包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)但是并未參照?qǐng)D1A-D進(jìn)行詳細(xì)描述的其他實(shí)施方式。

所公開的技術(shù)可以減少?gòu)某曁筋^的外表面散發(fā)的熱量的量。在超聲過程中，例如，在探頭中的超聲換能器生成、發(fā)射和接收超聲能量。探頭中的電子器件(例如，波束形成的電子器件)可以處理信號(hào)并產(chǎn)生可以被用于形成超聲圖像的超聲數(shù)據(jù)。在一些情況下，超聲能量的生成和超聲數(shù)據(jù)的處理可以在探頭內(nèi)產(chǎn)生超過60攝氏度的溫度。這樣的溫度可以將探頭的外表面的至少一部分的溫度升高到對(duì)于操作者持有和/或患者接觸會(huì)感到不舒服或不安全的點(diǎn)。本技術(shù)的實(shí)施方式包括，例如，延伸穿過超聲探頭的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管，其允許內(nèi)部部件向流過導(dǎo)管的空氣散發(fā)熱量，從而降低沿著探頭的外表面和/或超聲換能器陣列處的溫度。

在一個(gè)實(shí)施方式中，例如，手持式超聲成像探頭包括換能器裝配、被配置為驅(qū)動(dòng)換能器的電子器件以及圍繞換能器裝配和電子器件的殼體。散熱器被放置在殼體中并且被配置為從換能器裝配和電子器件吸收熱量。導(dǎo)管從殼體的第一側(cè)中的狹槽延伸到殼體的第二側(cè)中的狹槽，并且允許空氣在散熱器的附近通過。在一個(gè)方面，導(dǎo)管具有從殼體的內(nèi)部部分密封的內(nèi)表面。一個(gè)或兩個(gè)狹槽的尺寸可以被設(shè)置成防止操作者的手指進(jìn)入內(nèi)表面的尺寸。例如，狹槽中的一個(gè)可以具有顯著小于狹槽的寬度的高度。在一些方面，散熱器可以與導(dǎo)管結(jié)合和/或與導(dǎo)管成一體。

在所公開技術(shù)的另一實(shí)施方式中，手持式超聲成像探頭包括具有與第二側(cè)部相對(duì)的第一側(cè)部的殼體，以及超聲換能器陣列和設(shè)置在殼體內(nèi)的電路。第一側(cè)部中的第一孔通過延伸穿過殼體的導(dǎo)管與第二側(cè)部中的第二孔流體連通。導(dǎo)管包括限定了腔體的密封內(nèi)表面。在一個(gè)方面，第一和第二孔的尺寸被設(shè)置成防止操作者的手指進(jìn)入腔體和導(dǎo)管的內(nèi)表面的尺寸。在另一方面，超聲換能器包括前端和后端，并且導(dǎo)管包括遠(yuǎn)端和近端。在導(dǎo)管的遠(yuǎn)端處的外表面被成形為限定接收超聲換能器的至少一部分的凹部。在一些方面，在導(dǎo)管的外表面和電路之間的殼體中設(shè)置有導(dǎo)熱材料。該導(dǎo)熱材料可以具有比殼體更高的熱導(dǎo)率。在其它方面，殼體被配置為在小于或等于第一溫度的溫度下散熱，并且導(dǎo)管的內(nèi)表面被配置為在大于第一溫度的第二溫度下散熱。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，導(dǎo)管的內(nèi)表面包括多個(gè)凹槽。在另外的實(shí)施方式中，探頭包括穿過殼體的第二導(dǎo)管，其包括限定第二腔體的內(nèi)表面。第三孔通過第二腔體與第四導(dǎo)管流體連通。該第三和第四孔沿著外殼的不同外表面延伸。

在所公開的技術(shù)的又一個(gè)實(shí)施方式中，手持式成像探頭包括超聲波換能器陣列，波束形成電子器件和至少部分地圍繞換能器陣列和波束形成電子器件的外殼。該外殼包括在外殼的不同側(cè)面內(nèi)的第一開口和第二開口。探頭還包括被動(dòng)熱交換器，其被設(shè)置成與換能器陣列和波束形成電子器件熱連通。熱交換器包括在第一和第二開口之間延伸的密封管，至少被置于接近管和/或在管附近的散熱器，以及由管的內(nèi)表面限定的空氣通道。管被配置為經(jīng)由空氣通過空氣通道流入和流出管以將熱能從超聲換能器、波束形成電子器件和散熱器傳送離開。在一個(gè)方面，第一和第二開口的尺寸被設(shè)置成禁止操作者的手指進(jìn)入管的內(nèi)表面的尺寸。在另一方面，散熱器具有比外殼更高的熱導(dǎo)率。

圖1A是根據(jù)所公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式被配置的超聲換能器探頭100的等距側(cè)視圖。圖1B和1C是探頭100的分解的等距側(cè)視圖。圖1D是探頭100的分解的側(cè)視圖。首先如圖1A-1D所示，探頭100包括限定腔體103的殼體102(例如，外殼、主體、殼等)。殼體102包括第一殼體部分102a(例如，上部)，其被附接或以其他方式與第二殼體部分102b(例如，下部)結(jié)合。殼體102還包括第一側(cè)部104a和位于延伸穿過殼體102的近端部分106、中間部分107和遠(yuǎn)端部分108的縱向軸線L的相對(duì)側(cè)上的第二側(cè)部104b。第一孔122a(例如，開口、洞等)形成了沿著第一側(cè)部104a縱向延伸的細(xì)長(zhǎng)狹槽。第二孔122b(例如，開口、洞等)形成了沿著第二側(cè)部104b縱向延伸的細(xì)長(zhǎng)狹槽。第一和第二孔122a和122b被配置為阻止和/或阻擋手指(例如，操作者的手指、患者的手指等)由此進(jìn)入。第一和第二孔122a和122b各自具有在近端部分106和遠(yuǎn)端部分108之間延伸的長(zhǎng)度以及在第一殼體部分102a和第二殼體部分102b之間延伸的寬度。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一孔122a或第二孔122b的長(zhǎng)度或?qū)挾戎械囊粋€(gè)或兩個(gè)具有小于典型手指的直徑(例如，小于約5mm)的尺寸。在一些實(shí)施方式中，例如，第一孔122a和第二孔122b中的一個(gè)或兩個(gè)可以包括長(zhǎng)度(例如，在大約10mm和大約100mm之間，在大約15mm和大約35mm之間，或大約25mm)顯著大于寬度(例如在約2mm和約20mm之間，在約3mm和約5mm之間，或約4mm)。在另外的實(shí)施方式中，例如，柵格和/或網(wǎng)篩可以被設(shè)置在第一和第二孔122a和122b的一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)，以阻止手指的進(jìn)入。

殼體102被配置為至少部分地圍繞超聲換能器裝配110(例如，單元件超聲換能器、一維超聲換能器陣列、多維超聲換能器陣列，等)，其被設(shè)置為至少接近遠(yuǎn)端部分108。換能器裝配110被電連接到系統(tǒng)電子器件114(分別被標(biāo)識(shí)為第一系統(tǒng)電子器件114a、第二系統(tǒng)電子器件114b和第三系統(tǒng)電子器件114c)。電子器件114可以包括，例如，一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器、波束形成器(例如，模擬和/或數(shù)字波束形成器)、圖像處理器(例如，能夠處理B模式圖像、M模式圖像、多普勒?qǐng)D像等的一個(gè)或多個(gè)處理器)、電子濾波器等。在近端部分106處的電纜109將換能器裝配110和系統(tǒng)電子器件114通信地耦合到外部計(jì)算機(jī)和/或顯示器(未示出)。

導(dǎo)管120(例如，管道、管子等)從第一孔122a朝向第二孔122b延伸穿過殼體102。導(dǎo)管120分別包括鄰近第一孔122a定位的第一導(dǎo)管開口130a(例如，入口/出口)和鄰近第二孔122b定位的第二導(dǎo)管開口130b。導(dǎo)管120進(jìn)一步包括相對(duì)于遠(yuǎn)端部分125b的近端部分125a。該遠(yuǎn)端部分125b包括外表面，其限定了被構(gòu)造成接收換能器裝配110的至少一部分的槽腔(pocket)或凹部。在所示的實(shí)施方式中，導(dǎo)管120被示出為被置于探頭100的中間部分107中。然而，在其它實(shí)施方式中，導(dǎo)管120可以被設(shè)置在殼體102內(nèi)的任何合適的位置。另外，在圖1A-1D中的探頭100包括單導(dǎo)管120。然而，在其它實(shí)施方式中，探頭100可包括延伸穿過殼體102的多個(gè)導(dǎo)管120。

導(dǎo)管120的內(nèi)表面128限定了在第一孔122a和第二孔122b之間的流體路徑124(例如，空氣通路、空氣通道、腔體、通孔等)。所示的實(shí)施方式的內(nèi)表面128被密封，使得導(dǎo)管120內(nèi)的空氣不能流入腔體103。然而，在一些實(shí)施方式中，內(nèi)表面128可以至少部分地打開(例如，通過一個(gè)或多個(gè)孔或通風(fēng)孔)，以允許流體路徑124中的空氣流入和流出腔體103。內(nèi)表面128可以由具有導(dǎo)熱性的材料(例如，銅、銅合金、鋁、不銹鋼，等)制成，其導(dǎo)熱性大于形成殼體102的材料的導(dǎo)熱性。然而，在其他實(shí)施方式中，內(nèi)表面128可以由任何合適的耐熱材料(例如，能夠承受高于100攝氏度的溫度的導(dǎo)熱材料)制成。在另外的實(shí)施方式中，內(nèi)表面128可以包括沿著其至少一部分的一個(gè)或多個(gè)特征(例如，通道、凹槽、脊、凹口，等)以增加其表面積，從而增加散熱。

第一散熱器118a和第二散熱器118b被置于鄰近導(dǎo)管120并與內(nèi)表面128、換能器裝配110、電子器件114熱連通。第一和第二散熱器118a和118b可以包括，例如，銅、銅合金和/或任何其它合適的導(dǎo)熱材料(例如，鋁、石墨，包括鋁和/或銅的復(fù)合材料，等)。第一和第二散熱器118a和118b被構(gòu)造成從換能器裝配110和電子器件114吸收熱量并將熱量傳送到內(nèi)表面128。在一些實(shí)施方式中，例如，第一散熱器118a和第二散熱器118b被直接結(jié)合到導(dǎo)管120和/或至少部分地集成到導(dǎo)管120中。然而，在其他實(shí)施方式中，散熱器118a和118b與導(dǎo)管120完全集成。

在超聲測(cè)量過程期間由換能器裝配110產(chǎn)生的超聲能量和/或由電子器件114對(duì)超聲信號(hào)的處理可以產(chǎn)生大量的熱量。例如，在超聲過程期間，換能器裝配110和電子器件114可以散發(fā)足夠的熱量以將內(nèi)表面128處的溫度升高到例如60攝氏度以上，這對(duì)于觸摸可能是不安全的。然而，如上所述，第一和第二孔122a和122b被配置成阻止手指進(jìn)入，從而減少和/或阻擋了操作者和/或患者的觸摸進(jìn)入內(nèi)表面128。因此，所公開的技術(shù)期望，與其他超聲探頭相比，增加可由探頭100產(chǎn)生和/或耗散的熱量的量，而不使觸摸或持有殼體102不舒服或不安全。

在操作中，冷卻劑C(例如，空氣、水和/或另一種合適的冷卻劑)可以進(jìn)入導(dǎo)管120，在離開導(dǎo)管120之前，流過流體路徑124并吸收探頭100中的部件產(chǎn)生的熱量。例如，冷卻劑C，可以通過第一導(dǎo)管開口130a或第二導(dǎo)管開口130b中的任一個(gè)以第一溫度進(jìn)入導(dǎo)管120。當(dāng)冷卻劑C流過導(dǎo)管120中的流體路徑124時(shí)，冷卻劑C可以吸收從，例如換能器裝配110和/或電子器件114經(jīng)由散熱器118a和118b以及內(nèi)表面128傳送的熱量，從而對(duì)流地冷卻探頭100和包含在其中的一個(gè)或多個(gè)部件。

從前述內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解，本文為了說明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改。例如，雖然在第一和第二孔122a和122b之間的導(dǎo)管120被示出為單個(gè)連續(xù)的開口，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以沿著探頭100的長(zhǎng)度提供連接多個(gè)洞或狹槽的多個(gè)導(dǎo)管。因此，除了所附權(quán)利要求之外，本發(fā)明不受限制。