包括换能器阵列和联接到所述换能器元件的集成电路的矩阵阵列探针通过所述换能器探针的外壳来耗散由所述阵列和集成电路产生的热量。所述探针连接器中的泵将流体泵送经过闭合回路系统，所述闭合回路系统包括所述缆线中的引入和引出流体导管。所述缆线中的所述流体导管由所述探针的所述缆线电导体分离开。所述探针中的热传递是通过所述换能器衬块中的热交换器实现的。还可通过与所述超声系统中的冷却器的金属对金属接触来提供额外冷却。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】包括换能器阵列和联接到所述换能器元件的集成电路的矩阵阵列探针通过所述换能器探针的外壳来耗散由所述阵列和集成电路产生的热量。所述探针连接器中的泵将流体泵送经过闭合回路系统，所述闭合回路系统包括所述缆线中的引入和引出流体导管。所述缆线中的所述流体导管由所述探针的所述缆线电导体分离开。所述探针中的热传递是通过所述换能器衬块中的热交换器实现的。还可通过与所述超声系统中的冷却器的金属对金属接触来提供额外冷却。【专利说明】具有散热缆线和衬块热交换器的超声矩阵阵列探针专利
本专利技术涉及医学诊断超声系统，且具体地讲涉及通过探针缆线耗散由探针ASIC产生的热量的超声矩阵阵列探针。
技术介绍
在超声成像中会使用二维阵列换能器来进行三维扫描。二维阵列在方位角方向和垂直方向上具有许多行和列的换能器元件，这将需要大量的缆线导体以便在探针和主机超声系统之间联接信号。用于最大程度地减少探针缆线中的信号导体的数量的优选技术是在微波束成形器ASIC(专用集成电路)中在探针中执行至少一些波束成形。此技术仅需要将相对少量的部分波束成形的信号联接到主机超声系统，从而减少缆线中需要的信号导体的数量。然而，在二维阵列和微波束成形器ASIC之间必须进行大量的信号连接。进行这些连接的一种有效方式是将换能器阵列和ASIC设计成具有倒装芯片互连件，从而使换能器阵列的导电垫片直接凸块接合到ASIC的对应导电垫片。 然而，微波束成形器ASIC的高密度电子电路可在其小IC包装内产生大量热量，这些热量必须被耗散掉。此热量可沿两个主要方向流动。一个方向是向前经过声堆栈朝向探针的患者接触端的透镜。此向前路径对热流动的阻力相对小。热量在透镜中的积累必须通过降低传输电压和/或脉冲重复频率来预防，而这会不利于探针性能。 优选的热传导方向是通到后方，远离透镜和患者，朝向探针后方的散热器(通常为铝)。然而，通常位于换能器堆栈后面的阵列元件和微波束成形器ASIC是声衬块。声衬块的目的是使源自声堆栈后面的超声能量衰减并防止此能量导致朝向声堆栈反射的交混回响。声衬块通常由具有良好的声衰减性能的材料制成，例如载有微气囊或其它消音颗粒的环氧树脂。然而，此类材料通常具有差的导热性。因此，期望提供一种用于超声探针的声衬块，其对于进入衬块的声能量具有良好的声衰减作用，能够朝向探针后方并远离透镜良好地传导热量，具有可视需要支撑声堆栈的良好机械结构，并且能够将微波束成形器ASIC与探针的其它导电部件适当地电隔离开。 表现出这些特性的一种声衬块在2011年3月17日提交的美国专利申请SN61/453690中有所描述。此专利申请中描述的衬块由具有内部声阻尼构件的高导热材料的矩阵形成。所述导热材料的优选材料是表现出高导热性的石墨。石墨被形成为其机械稳定性足以支撑换能器阵列堆栈的刚性块。内部的声阻尼构件优选地定位成使得垂直于换能器阵列堆栈后表面行进的声波必须遇到声阻尼构件并被声衰减，所述声阻尼构件可通过在充满了声阻尼材料的石墨块中钻孔而形成。 尽管此导热衬块是离开微波束成形器ASIC的热量的极佳导体，但在耗散热量的方式和位置上仍存在问题。在没有更多设备的情况下，热量必须从探针本身耗散出去。无内部电子器件的超声换能器能够采用适中的热措施来有效耗散来自换能器元件的热量，例如利用背衬中的金属散热片、探针框架以及探针中的热沉。由于集成电路已开始出现在探针中，已经使用了诸如散热器的位于探针壳体内部并联接到探针壳体的被动冷却元件来耗散额外热量。例如，参见在2011年5月17日提交的美国专利申请SN 61/486,796。然而，即使是此类改良的被动冷却也不能完全耗散由集成电路产生的所有热量，从而，如上文所提及为了保持低于热限值而使性能降低。因此需要能够额外耗散换能器热量的能力。除了探针本身之外的另一种方式是将探针中的热路径连接到缆线中的金属部件(即，信号/电力导体和屏蔽编织层)以通过这些部件来耗散热量。然而，本专利技术人已发现，由于沿着在导体和编织层中的缆线的导热性以及从导体和编织层到在此处耗散热量的缆线表面的导热性的限制，这不会显著提高热耗散能力。本专利技术旨在更有效地使用换能器缆线来帮助耗散此额外热量。这可以帮助管理透镜表面温度和探针手柄温度。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，描述了一种超声矩阵阵列探针，其借助于基于流体的闭合回路主动冷却系统通过探针缆线来耗散由探针微波束成形器ASIC产生的热量。探针中的热交换器与导热衬块热连通，而所述导热衬块热联结到所述探针ASIC。在一个实施例中，所述热交换器嵌入到导热衬块中。位于探针罩壳中的或位于缆线的近侧端部处的探针连接器中的泵将流体泵送经过缆线中的流体导管并经过探针热交换器。流体导管以将热量从流体有效地传导到缆线表面的方式形成和布置在缆线中，其中热量在缆线表面通过辐射和对流而耗散。还可以通过探针连接器和超声系统之间的金属对金属接触而提供额外冷却，这会在不存在超声系统和探针的闭合回路系统之间的流体连接的情况下提供额外的冷却能力。所述闭合回路冷却系统完全包含在探针、其缆线和探针连接器内。 【专利附图】【附图说明】 在下图中: 图1示出了根据本专利技术原理构造的具有导热衬块的矩阵阵列探针声堆栈。 图2示出了根据本专利技术原理构造的矩阵阵列探针、连接器和散热缆线。 图3、4、5和6示出了根据本专利技术原理的用于探针缆线中的探针热耗散的不同的换能器导体和流体导管束。 图7示出了根据本专利技术原理的具有一体形成的流体导管的散热探针缆线护套。 图8是导热衬块的透视图。 图9示出了根据本专利技术原理的具有流体冷却通路的导热衬块。 图10示出了根据本专利技术原理构造的导热石墨泡沫衬块。 图11示出了本专利技术的一个实施例，其中通过探针连接器和主机超声系统中的冷却器之间的金属对金属接触来交换热量。 【具体实施方式】 首先参见图1，示意性地示出根据本专利技术原理构造的具有导热衬块的声堆栈100。通过切口 75切开压电层110 (如PZT)和接合到压电层的两个匹配层120、130，以形成由单独的换能器元件175形成的阵列170，图1可见四个换能器元件175。换能器阵列170可包括单行换能器元件(1-D阵列)，或者是沿两个正交方向切开以形成换能器元件的二维(2D)矩阵阵列的压电板。矩阵阵列170还可包括通过半导体加工形成于半导体基底上的微加工超声换能器(MUT)的一维或二维阵列。匹配层使压电材料的声阻抗与所诊断的身体的声阻抗相匹配，这通常是在渐进匹配层中分步实现的。在此实例中，第一匹配层120形成为导电石墨复合物，而第二匹配层130由载有导电颗粒的聚合物形成。接地平面180接合到第二匹配层的顶部，且形成为在由低密度聚乙烯(LDPE) 140形成的膜150上的导电层。所述接地平面通过导电匹配层电联接到换能器元件，并连接到柔性电路185的接地导体。LDPE膜150形成堆栈的第三且最终的匹配层140。 集成电路160 ASIC位于换能器元件下方，其为换能器元件175提供传输信号并接收和处理来自所述元件的信号。集成电路160的上表面上的导电垫片通过钉柱凸块190电联接到换能器元件底部上的导电垫片，所述钉柱凸块可由焊料或导电环氧树脂形成。通过至柔性电路185的多处连接将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声换能器探针组件，包括：探针罩壳；换能器元件阵列，其在所述探针罩壳中位于声窗后面且被配置成通过所述声窗来传送和接收超声能量；集成电路，其联接到所述探针罩壳中的所述换能器元件且被配置成处理由所述阵列传送或接收的信号；导热衬块，其热力地且声学地联接至所述换能器元件阵列和所述集成电路，所述导热衬块使从所述换能器元件接收的超声能量衰减或散射；探针连接器，其被配置成将所述换能器探针连接到超声系统；缆线，其连接在所述探针罩壳与所述探针连接器之间，并且包含联接在所述探针罩壳和所述探针连接器之间的多个电导体；和基于流体的闭合回路冷却系统，其包括：闭合流体回路，其从所述探针罩壳经过所述缆线延伸到所述探针连接器；联接到所述流体回路的泵，其将流体泵送经过所述回路；和热交换器，其获取由所述换能器阵列和所述集成电路产生的热量以耗散在所述闭合流体回路外部，其中所述热交换器还包括流体通路，所述流体通路被联接到所述闭合流体回路，并且经过所述导热衬块。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·戴维森，M·斯卡尔塞拉，J·C·泰勒，A·L·鲁滨逊，W·苏多尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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