用于冷却超声波探头的方法和包括这种冷却的探头技术

本发明专利技术涉及一种用于冷却用于产生超声波的探头的换能器的方法，该换能器在前方具有用于发射超声波的表面(4)，并在后方具有后表面(5)，至少部分地界定冷却室(11)的发射面，其中冷却流体在至少一个入口(15)和至少一个出口(16)之间循环，入口(15)位于发射面(4)的周围，而出口(16)位于所述发射面的中心部分。根据本发明专利技术，该方法包括，在所述入口(15)和所述出口(16)之间，产生冷却流体根据冷却室内部围绕换能器发射面的声波传播轴(A)的涡旋的循环。

Methods for cooling ultrasonic probes and probes including such cooling

The invention relates to a method for cooling a transducer for a probe for generating ultrasound, the transducer has a surface (4) for transmitting ultrasound in the front and a rear surface (5) in the rear, at least partially defining the emitting surface of the cooling chamber (11), wherein the cooling fluid circulates between at least one inlet (15) and at least one outlet (16), and the inlet (15) is located around the emitting surface (4 And the outlet (16) is located in the central part of the transmitting surface. According to the invention, the method comprises generating a circulation of the cooling fluid according to the vortex of the sound wave propagation axis (a) around the transmitting surface of the transducer in the cooling chamber between the inlet (15) and the outlet (16).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于冷却超声波探头的方法和包括这种冷却的探头
本专利技术涉及包括超声波探头的设备或装置的
，所述超声波探头用于治疗处理并且能够与用于人类解剖结构的超声成像的超声波探头相关联。更具体地，本专利技术旨在冷却治疗性超声探头甚至回声检查的超声探头的技术。本专利技术的目的在于在通过高强度聚焦超声波(HIFU)治疗处理的领域中找到一种特别有利的应用。
技术介绍
通常，超声探头包括由特别是压电材料构成的声换能器，该声换能器将电能转换成机械能。由于转换效率不理想，未转换的能量会在换能器的材料中产生热量蓄积。温度过高可能导致换能器的损坏甚至毁坏。现有技术提出了用于消散产生的热量以降低换能器温度的各种技术。例如，专利EP0553804描述了一种超声医用换能器，其包括与导热材料接触的换能器元件，以通过向换能器的后方的热传导来确保冷却。这种被动式冷却方法，即没有空气或液体循环，是相对受限的，并且适合于产生少量热量的换能器。还已知有使用强制传导式的冷却系统，使用由泵推动的冷却流体。例如，专利FR2910169描述了一种包括超声回波(echographicultrasound)和用于从探头排出热量的主动冷却系统在内的超声系统(echographysystem)。该冷却系统包括布置为使冷却剂在超声检查探头中循环的泵。以相同的方式，专利US5560362描述了一种超声换能器，其具有冷却回路，该冷却回路包括用于换能器的冷却流体的热交换器和确保闭环循环的泵。在两种情况下，换能器的冷却都是通过朝换能器后方的热传导实现的。这种方法的主要缺点在于难以在相同的后置空间中兼容换能器的冷却装置和控制电子电路。众所周知，使用强制传导型的冷却系统，使用由泵推动的冷却流体。强制对流冷却系统的主要困难包括在换能器的整个表面上获得均匀的冷却。当换能器远离平坦表面时，这一困难更加突出。在产生重要的声功率和能量的治疗性超声探头的领域中，专利FR2929040描述了一种换能器，该换能器由在物理上彼此独立的多个发射元件组成。这些声电元件被放置在形成后冷却室的两个盘之间。其中一个盘形成换能器的前表面，所述前表面包括封闭在被膜封闭的前室内的声耦合流体。另一个盘形成了接收控制电子设备的后表面。换能器元件分别由紧固在固体电绝缘和热传导结构上的压电元件形成。因此，这种固体结构允许向换能器的后方排放热能，从而在暴露于冷却流体时形成一种散热器。换能器元件根据以盘的中央部分为中心的螺旋分布，其中设置有流体出口，而流体入口设置在盘的周围。由于换能器元件的螺旋布置，这种布置允许在换能器的后表面获得均匀的螺旋流。该冷却原理特别适用于能够形成螺旋形冷却流体的传导通道的独立换能器元件。这样的冷却系统被证明不适合通过具有光滑发射面的换能器的前表面进行冷却，换能器的前表面显示出光滑发射面，光滑发射面上不可能放置可以引导液体以获得均匀流动的元件，因为这些元件会干扰超声波场。以互补的方式，冷却流体的引导螺旋循环无法获得优化的冷却。文献JP2007144225描述了一种治疗性体外超声系统，包括用于肋间治疗的窄条形的换能器。该系统还包括由通过抽吸泵循环的液体循环的冷却装置和用于维持耦合液体的恒定包络体积的排放泵。图14至图23描述了冷却装置的不同可选实施例。图14、图16和图17描述了在换能器周围的冷却液入口，其在换能器的方向上具有通过中心孔口排出的冷却液体喷射偏转。这样的布置确保了冷却液的无法允许优化冷却的向心循环。在图19所示的实施例中，喷嘴被放置为根据倾斜方向将冷却液引导到超声换能器的方向。因此，耦合液体通过在超声发生器内部转动和上升到中心吸力点而流动。这种转动向心循环无法确保换能器的最佳冷却。此外，需要注意的是，喷嘴的中心非周围位置会干扰换能器的超声场，从而损害其治疗性能。
技术实现思路
本专利技术旨在通过提出一种用于超声探头的新的冷却技术来克服现有技术的缺点，从而允许不论换能器的几何形状如何都能获得换能器的均匀优化冷却。为了实现该目的，本专利技术涉及一种用于冷却用于产生超声波的探头的换能器的方法，在换能器的前方具有用于发射沿声波传播轴传播的超声波的表面，并且在换能器的后方具有后表面，至少发射面部分地界定出了一个冷却室，冷却室中的冷却流体在至少一个入口和至少一个出口之间循环，入口位于发射面的周围，而出口位于发射面的中心部分。根据本专利技术，该方法包括在入口和出口之间，产生冷却流体循环，该冷却流体循环是根据冷却室内部围绕换能器的发射面的声波传播轴的涡旋。本专利技术的另一个目的在于提出一种产生超声波的探头，所述探头包括换能器，换能器在前方具有用于发射沿声波传播轴传播的超声波的表面，而在后方具有后表面，至少发射面部分地界定出了冷却室，其中冷却流体通过管状管道被带入，并至少在位于发射面周围的入口和位于所述发射面的中心部分的至少一个出口之间循环。管状管道从入口向上游延伸，其长度根据纵向延伸轴线确定，以引导具有速度矢量的冷却流体。根据本专利技术，管状管道以这样的方式定向：其纵向延伸轴线具有非零切向分量，该非零切向分量按照大致正交于包含声波传播轴和入口的平面的切线方向建立，以根据冷却室内的涡旋引导流体来产生冷却流体的循环。此外，根据本专利技术的超声探头可以进一步包括以下附加特征中的至少一个和/或另一个：管状管道被定向为使其纵向延伸轴线和其所承受的速度矢量具有切向分量，使得速度矢量的切向分量与速度矢量的向心分量之比大于1；超声探头在入口处包括用于流体的至少一个偏转壁，偏转壁面向管状管道的出口布置，以根据切线方向对流体进行定向；发射面包括：周围边缘，位于打开向出口的平面上；管状引导管道，用于冷却流体；流体偏转壁，朝向管状管道的出口布置；发射面的周围边缘在其边缘处被与用于供应冷却流体的至少一个管状管道连通的周围通道界定，该通道设有用于与冷却室连通的至少一个向心开口；超声探头包括多个向心连通开口，每个向心连通开口在两个相邻的翼之间界定出，翼用于使冷却流体分流，其弯曲轮廓从一个切线方向向大致径向方向变化；超声探头包括管状管道，管状管道用于供应冷却流体，打开到冷却室内，并具有直线通道部分，该通道的法线与切线方向重合；冷却室包括分布在发射面的周围处的一组入口，每个入口具有至少一个用于流体的管状管道，入口根据用于在冷却室内共同产生冷却流体的涡旋循环的方向被定向；发射面具有聚焦的几何结构；发射面关于声波传播轴对称地被截断；换能器在其中央部分包括用于冷却流体的第二出口，优选地，两个出口对称地布置在发射面的声波传播轴的两侧；换能器在其中心部分包括切除部，该切除部界定出了用于成像探头的壳体，在该成像探头的两侧都位于用于冷却流体的出口处；超声探头包括通过冷却室的入口开口的流体供应管道，该管道包括用于控制流体速度的装置；超声探头包括温度传感器，温度传感器适于测量换能器后表面的温度，该温度传感器连接到用于控制流体速度的装置，从而允许根据温度测量控制冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对用于产生超声波的探头的换能器(3)冷却的方法，所述换能器(3)在前方具有用于沿声波传播轴(A)发射超声波的表面(4)，以及在后方具有后表面(5)，至少发射面(3)部分地界定出了冷却室(11)，其中冷却液在至少一个入口(14)和至少一个出口(16)之间循环，所述入口(14)位于所述发射面(14)的周围，而所述出口(16)位于所述发射面的中心部分，其特征在于，所述方法包括：在所述入口(14)和所述出口(16)之间，产生根据在冷却室内部围绕所述换能器的发射面的声波传播轴(A)的涡旋的冷却流体的循环。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170424 FR 17535151.一种对用于产生超声波的探头的换能器(3)冷却的方法，所述换能器(3)在前方具有用于沿声波传播轴(A)发射超声波的表面(4)，以及在后方具有后表面(5)，至少发射面(3)部分地界定出了冷却室(11)，其中冷却液在至少一个入口(14)和至少一个出口(16)之间循环，所述入口(14)位于所述发射面(14)的周围，而所述出口(16)位于所述发射面的中心部分，其特征在于，所述方法包括：在所述入口(14)和所述出口(16)之间，产生根据在冷却室内部围绕所述换能器的发射面的声波传播轴(A)的涡旋的冷却流体的循环。


2.一种超声波发生探头，其包括：换能器(3)，所述换能器(3)在前方具有用于发射超声波的表面(4)，所述表面具有用于传播超声波的声波传播轴(A)，且所述换能器在后方具有后表面(5)，至少发射面(4)部分地界定出了冷却室(11)，其中冷却液通过管状管道进入，以在位于所述发射面(4)周围的至少一个入口(14)和位于所述发射面(4)中心部分的至少一个出口(16)之间循环，所述管状管道在所述入口的上游延伸，所述管状管道的长度根据纵向延伸轴线(X)确定，以引导具有速度矢量的冷却流体，其特征在于，所述管状管道(18)被定向为使得其纵向延伸轴线(X)具有一个非零切向分量，所述非零切向分量根据与包含所述声波传播轴(A)和所述入口(14)在内的平面(P)大致正交的切线方向而确立，以根据冷却室(11)内的涡旋引导流体来产生冷却流体的循环。


3.根据权利要求2所述的超声探头，其特征在于，所述管状管道(18)被定向为使得其纵向延伸轴线(X)和其所承受的速度矢量具有切向分量，使得所述速度矢量的切向分量与速度矢量的向心分量之比大于1。


4.根据权利要求2或3所述的超声探头，其特征在于，在所述入口处包括至少一个壁(21、2b)，所述壁面向管状管道的出口布置以用于对流体进行偏转，以根据切线方向对流体进行定向。


5.根据权利要求4所述的超声探头，其特征在于，所述发射面(4)包括位于敞开向出口的平面上的周围边缘(4a)，用于引导冷却流体的管状管道(18)，朝向管状管道的出口布置的流体偏转壁(21、2b)。


6.根据权利要求5所述的超声探头，其特征在于，所述发射面(4)的周围边缘(4a)在其周围处被与用于供给冷却流体的至少一个管状管道(18)相连通的周围通道(28)界定，所述通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里米·万瑟诺，奥利维耶·纳莱，E·勃朗，
申请(专利权)人：EDAPTMS法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR