用於冷卻超聲換能器的系統和方法與流程
2023-11-01 04:53:58 3
本申請是要求於2014年6月10日提交的美國專利申請序列號為14/301,299，標題為「用於冷卻超聲換能器系統和方法」的優先權的國際專利申請，該專利申請通過引用在此引入其全部內容。
技術領域
所公開的技術一般涉及超聲探頭，並且更具體地涉及減小超聲探頭的熱量的系統和方法。
附圖說明
圖1A是根據所公開的技術被配置的超聲換能器的等距側視圖。
圖1B和1C是圖1A的超聲換能器的等距側面分解圖。
圖1D是圖1A的超聲換能器的側面分解圖。
具體實施例
所公開的技術總體上涉及冷卻超聲換能器的系統和方法。將理解的是，以下闡述的若干細節被提供，以一種足以使相關領域的技術人員能夠實現和使用所公開的實施方式的方式來描述以下實施方式。然而，下面描述的若干細節可能不是實現本技術的某些實施方式所必需的。此外，該技術可以包括在權利要求的範圍內但是並未參照圖1A-D進行詳細描述的其他實施方式。
所公開的技術可以減少從超聲探頭的外表面散發的熱量的量。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)可以處理信號並產生可以被用於形成超聲圖像的超聲數據。在一些情況下，超聲能量的生成和超聲數據的處理可以在探頭內產生超過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於操作者持有和/或患者接觸會感到不舒服或不安全的點。本技術的實施方式包括，例如，延伸穿過超聲探頭的一個或多個導管，其允許內部部件向流過導管的空氣散發熱量，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。
在一個實施方式中，例如，手持式超聲成像探頭包括換能器裝配、被配置為驅動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並且被配置為從換能器裝配和電子器件吸收熱量。導管從殼體的第一側中的狹槽延伸到殼體的第二側中的狹槽，並且允許空氣在散熱器的附近通過。在一個方面，導管具有從殼體的內部部分密封的內表面。一個或兩個狹槽的尺寸可以被設置成防止操作者的手指進入內表面的尺寸。例如，狹槽中的一個可以具有顯著小於狹槽的寬度的高度。在一些方面，散熱器可以與導管結合和/或與導管成一體。
在所公開技術的另一實施方式中，手持式超聲成像探頭包括具有與第二側部相對的第一側部的殼體，以及超聲換能器陣列和設置在殼體內的電路。第一側部中的第一孔通過延伸穿過殼體的導管與第二側部中的第二孔流體連通。導管包括限定了腔體的密封內表面。在一個方面，第一和第二孔的尺寸被設置成防止操作者的手指進入腔體和導管的內表面的尺寸。在另一方面，超聲換能器包括前端和後端，並且導管包括遠端和近端。在導管的遠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，在導管的外表面和電路之間的殼體中設置有導熱材料。該導熱材料可以具有比殼體更高的熱導率。在其它方面，殼體被配置為在小於或等於第一溫度的溫度下散熱，並且導管的內表面被配置為在大於第一溫度的第二溫度下散熱。在進一步的實施方式中，導管的內表面包括多個凹槽。在另外的實施方式中，探頭包括穿過殼體的第二導管，其包括限定第二腔體的內表面。第三孔通過第二腔體與第四導管流體連通。該第三和第四孔沿著外殼的不同外表面延伸。
在所公開的技術的又一個實施方式中，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面內的第一開口和第二開口。探頭還包括被動熱交換器，其被設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，至少被置於接近管和/或在管附近的散熱器，以及由管的內表面限定的空氣通道。管被配置為經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。在一個方面，第一和第二開口的尺寸被設置成禁止操作者的手指進入管的內表面的尺寸。在另一方面，散熱器具有比外殼更高的熱導率。
圖1A是根據所公開的技術的一個實施方式被配置的超聲換能器探頭100的等距側視圖。圖1B和1C是探頭100的分解的等距側視圖。圖1D是探頭100的分解的側視圖。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)結合。殼體102還包括第一側部104a和位於延伸穿過殼體102的近端部分106、中間部分107和遠端部分108的縱向軸線L的相對側上的第二側部104b。第一孔122a(例如，開口、洞等)形成了沿著第一側部104a縱向延伸的細長狹槽。第二孔122b(例如，開口、洞等)形成了沿著第二側部104b縱向延伸的細長狹槽。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)由此進入。第一和第二孔122a和122b各自具有在近端部分106和遠端部分108之間延伸的長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。在一個實施方式中，第一孔122a或第二孔122b的長度或寬度中的一個或兩個具有小於典型手指的直徑(例如，小於約5mm)的尺寸。在一些實施方式中，例如，第一孔122a和第二孔122b中的一個或兩個可以包括長度(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)顯著大於寬度(例如在約2mm和約20mm之間，在約3mm和約5mm之間，或約4mm)。在另外的實施方式中，例如，柵格和/或網篩可以被設置在第一和第二孔122a和122b的一個或兩個內，以阻止手指的進入。
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)，其被設置為至少接近遠端部分108。換能器裝配110被電連接到系統電子器件114(分別被標識為第一系統電子器件114a、第二系統電子器件114b和第三系統電子器件114c)。電子器件114可以包括，例如，一個或多個數位訊號處理器、波束形成器(例如，模擬和/或數字波束形成器)、圖像處理器(例如，能夠處理B模式圖像、M模式圖像、都卜勒圖像等的一個或多個處理器)、電子濾波器等。在近端部分106處的電纜109將換能器裝配110和系統電子器件114通信地耦合到外部計算機和/或顯示器(未示出)。
導管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。導管120分別包括鄰近第一孔122a定位的第一導管開口130a(例如，入口/出口)和鄰近第二孔122b定位的第二導管開口130b。導管120進一步包括相對於遠端部分125b的近端部分125a。該遠端部分125b包括外表面，其限定了被構造成接收換能器裝配110的至少一部分的槽腔(pocket)或凹部。在所示的實施方式中，導管120被示出為被置於探頭100的中間部分107中。然而，在其它實施方式中，導管120可以被設置在殼體102內的任何合適的位置。另外，在圖1A-1D中的探頭100包括單導管120。然而，在其它實施方式中，探頭100可包括延伸穿過殼體102的多個導管120。
導管120的內表面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)。所示的實施方式的內表面128被密封，使得導管120內的空氣不能流入腔體103。然而，在一些實施方式中，內表面128可以至少部分地打開(例如，通過一個或多個孔或通風孔)，以允許流體路徑124中的空氣流入和流出腔體103。內表面128可以由具有導熱性的材料(例如，銅、銅合金、鋁、不鏽鋼，等)製成，其導熱性大於形成殼體102的材料的導熱性。然而，在其他實施方式中，內表面128可以由任何合適的耐熱材料(例如，能夠承受高於100攝氏度的溫度的導熱材料)製成。在另外的實施方式中，內表面128可以包括沿著其至少一部分的一個或多個特徵(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被置於鄰近導管120並與內表面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熱材料(例如，鋁、石墨，包括鋁和/或銅的複合材料，等)。第一和第二散熱器118a和118b被構造成從換能器裝配110和電子器件114吸收熱量並將熱量傳送到內表面128。在一些實施方式中，例如，第一散熱器118a和第二散熱器118b被直接結合到導管120和/或至少部分地集成到導管120中。然而，在其他實施方式中，散熱器118a和118b與導管120完全集成。
在超聲測量過程期間由換能器裝配110產生的超聲能量和/或由電子器件114對超聲信號的處理可以產生大量的熱量。例如，在超聲過程期間，換能器裝配110和電子器件114可以散發足夠的熱量以將內表面128處的溫度升高到例如60攝氏度以上，這對於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入，從而減少和/或阻擋了操作者和/或患者的觸摸進入內表面128。因此，所公開的技術期望，與其他超聲探頭相比，增加可由探頭100產生和/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)可以進入導管120，在離開導管120之前，流過流體路徑124並吸收探頭100中的部件產生的熱量。例如，冷卻劑C，可以通過第一導管開口130a或第二導管開口130b中的任一個以第一溫度進入導管120。當冷卻劑C流過導管120中的流體路徑124時，冷卻劑C可以吸收從，例如換能器裝配110和/或電子器件114經由散熱器118a和118b以及內表面128傳送的熱量，從而對流地冷卻探頭100和包含在其中的一個或多個部件。
從前述內容應當理解，本文為了說明的目的已經描述了本發明的具體實施方式，但是在不偏離本發明的範圍的情況下可以進行各種修改。例如，雖然在第一和第二孔122a和122b之間的導管120被示出為單個連續的開口，但是應當理解，可以沿著探頭100的長度提供連接多個洞或狹槽的多個導管。因此，除了所附權利要求之外，本發明不受限制。