УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МАТРИЧНЫЙ ЗОНД С РАССЕИВАЮЩИМ ТЕПЛО КАБЕЛЕМ И ТЕПЛООБМЕНОМ ЧЕРЕЗ ОПОРНЫЙ БЛОК Российский патент 2017 года по МПК A61B8/00 

Изобретение относится к системам медицинской ультразвуковой диагностики и, в частности, к ультразвуковым матричным зондам, которые рассеивают тепло, создаваемое ASIC зонда через кабель зонда.

Двумерные матричные преобразователи используются в ультразвуковой визуализации для сканирования в трех измерениях. Двумерные решетки имеют множество строк и столбцов элементов преобразователя в обоих направлениях: и азимута, и угла места, которые требуют большого количества проводников кабеля для соединения сигналов между зондом и основной ультразвуковой системой. Предпочтительная технология минимизации количества сигнальных проводников в кабеле зонда заключается в осуществлении, по меньшей мере, некоторых видов формирования диаграммы направленности в зонде в ASIC (специализированная интегральная схема) микроформирователя диаграммы направленности. Эта технология требует лишь относительно небольшого количества сигналов с частично сформированной диаграммой направленности для соединения с основной ультразвуковой системой, тем самым уменьшая требуемое количество сигнальных проводников в кабеле. Однако большое количество сигнальных соединений должно быть создано между двумерной решеткой и ASIC микроформирователя диаграммы направленности. Эффективный путь создания этих соединений заключается в выполнении решетки преобразователей и ASIC посредством взаимного соединения методом перевернутого кристалла, причем проводящие площадки решетки преобразователей соединены с помощью выпуклостей непосредственно с соответствующими проводящими площадками ASIC.

Однако электронная схема высокой плотности ASIC микроформирователя диаграммы направленности может производить значительное количество тепла в ее маленьком корпусе интегральной схемы, которое должно быть рассеяно. Имеются два главных направления, в которых это тепло может передаваться. Одно направление является прямым через акустический комплект по направлению к линзе на контактирующем с пациентом конце зонда. Этот прямой путь имеет относительно низкое сопротивление тепловому потоку. Таким образом, накопление тепла в линзе должно быть предотвращено уменьшением напряжения передачи и/или частоты повторения импульса, что неблагоприятно влияет на эксплуатационные характеристики зонда.

Предпочтительное теплопроводное направление является направлением к задней части, от линзы и пациента и по направлению к теплоотводу (обычно из алюминия) на задней части зонда. Но в общем расположенные сзади преобразователя комплект, элементы решетки и ASIC микроформирователя диаграммы направленности представляют собой акустический опорный блок. Назначение акустического опорного блока заключается в ослаблении ультразвуковой энергии, излучаемой из задней части акустического комплекта, и предотвращение вызываемых этой энергией ревербераций, которые отражаются по направлению к акустическому комплекту.

Акустический опорный блок в общем изготовлен из материала с хорошими свойствами акустического ослабления, например эпоксидной смолы с наполнителем из микрошариков или других звукопоглощающих частиц. Однако такие материалы обычно имеют низкую теплопроводность. В результате необходимо обеспечивать акустический опорный блок для ультразвукового зонда, который имеет хорошее акустическое ослабление акустической энергии, входящей в блок, хорошую теплопроводность по направлению к задней части зонда и от линзы, хорошую механическую структуру, которая может поддерживать акустический комплект как требуется, и соответствующую электроизоляцию ASIC микроформирователя диаграммы направленности от других проводящих компонентов зонда.

Акустический опорный блок, который имеет эти характеристики, описан в заявке на патент США SN 61/453690, поданной 17 марта 2011. Опорный блок, описанный в этой заявке на патент, образован из матрицы высокотеплопроводного материала с внутренними акустическими демпфирующими элементами. Предпочтительным материалом для теплопроводного материала является графит, имеющий высокую теплопроводность. Графит сформован в жесткий блок с механической устойчивостью для поддержания комплекта решетки преобразователей. Внутренние акустические демпфирующие элементы, которые могут быть образованы сверлением отверстий в графитовом блоке, который наполнен акустическим демпфирующим материалом, предпочтительно расположены так, что акустическая волна, распространяющаяся по нормали к задней поверхности комплекта решетки преобразователей, должна встречаться с акустическим демпфирующим элементом и должна быть акустически ослаблена.

Несмотря на то, что этот теплопроводный опорный блок представляет собой отличный проводник тепла от ASIC микроформирователя диаграммы направленности, остается проблема, как и где рассеивать тепло. Кроме того, тепло должно рассеиваться от самого зонда. Ультразвуковые преобразователи без внутренней электроники могут эффективно рассеивать тепло от элементов преобразователя, используя малую тепловую меру, например металлические тепловые радиаторы в опоре, раме зонда и теплопоглотителях в зонде. Так как интегральная схема располагается в зонде, пассивные охлаждающие элементы, например, внутренние и соединенные с корпусом зонда теплоотводы, используются для рассеивания дополнительного тепла. Смотри, например, заявку на патент США SN 61/486,796, поданную 17 мая 2011. Однако даже такое улучшенное пассивное охлаждение не позволяет полностью рассеивать все тепло, создаваемое интегральной схемой, что приводит к нарушениям в эксплуатационных характеристиках, например, отмеченным выше, чтобы оставаться ниже тепловых пределов. Необходима дополнительная емкость для рассеивания тепла преобразователя.

Один дополнительный подход за пределами самого зонда заключается в соединении теплового пути в зонде с металлическими компонентами в кабеле (т.е. сигнальные/силовые проводники и защитная оплетка) для рассеивания тепла с помощью этих компонентов. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что это незначительно улучшает теплорассеивающую способность из-за ограничений в теплопроводности вдоль кабеля в проводниках и оплетке, и теплопроводности от проводников и оплетки к поверхности кабеля, где тепло рассеивается. Настоящее изобретение направлено на более эффективное использование кабеля преобразователя, чтобы помогать рассеивать это дополнительное тепло. Это может помогать регулировать и температуру поверхности линзы, и температуру рукоятки зонда.

В соответствии с принципами настоящего изобретения описан ультразвуковой матричный зонд, который рассеивает тепло, создаваемое ASIC микроформирователя диаграммы направленности зонда с помощью кабеля зонда посредством основанной на текучей среде системы активного охлаждения замкнутого контура. Теплообменник в зонде находится в тепловом контакте с теплопроводным опорным блоком, термически соединенным с ASIC зонда. В одном варианте выполнения теплообменник встроен в теплопроводный опорный блок. Текучая среда закачивается через трубопроводы текучей среды в кабель и через теплообменник зонда насосом, расположенным в корпусе зонда или соединителе зонда на проксимальном конце кабеля. Трубопроводы текучей среды образованы и расположены в кабеле таким образом, чтобы эффективно проводить тепло от текучей среды к поверхности кабеля, где оно рассеивается излучением и конвекцией. Дополнительное охлаждение может быть обеспечено контактом металл-металл между соединителем зонда и ультразвуковой системой, который обеспечивает дополнительную возможность охлаждения без соединения по текучей среде между ультразвуковой системой и системой замкнутого контура зонда. Система охлаждения замкнутого контура полностью содержится внутри зонда, его кабеля и соединителя зонда.

На чертежах:

ФИГ. 1 иллюстрирует акустический комплект матричного зонда с теплопроводным опорным блоком, выполненную в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 2 иллюстрирует матричный зонд, соединитель и рассеивающий тепло кабель, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 3, 4, 5 и 6 иллюстрируют другое группирование проводников преобразователя и трубопроводов текучей среды для рассеивания тепла зонда в кабеле зонда в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 7 иллюстрирует оболочку рассеивающего тепло кабеля зонда с образованными за одно целое трубопроводами текучей среды в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 8 представляет собой вид в перспективе теплопроводного опорного блока.

ФИГ. 9 иллюстрирует теплопроводный опорный блок с каналом охлаждающей текучей среды в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 10 иллюстрирует теплопроводный пенографитный опорный блок, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ФИГ. 11 иллюстрирует вариант выполнения настоящего изобретения, в котором теплообмен осуществляется посредством контакта металл-металл между соединителем зонда и охладителем в основной ультразвуковой системе.

На ФИГ. 1 схематически показан акустический комплект 100 с теплопроводным опорным блоком, который выполнен в соответствии с принципами настоящего изобретения. Пьезоэлектрический слой 110, например PZT и два согласующих слоя 120, 130, соединенные с пьезоэлектрическим слоем, нарезаны посредством нарезающих надрезов 75 для образования решетки 170 из отдельных элементов 175 преобразователя, четыре из которых показаны на ФИГ. 1.

Решетка 170 преобразователя может содержать одну строку элементов преобразователя (1-D решетка) или представлять собой пьезоэлектрическую пластину, нарезанную в двух ортогональных направлениях, для образования двумерной (2D) матричной решетки элементов преобразователя. Матричная решетка 170 также может содержат одно- или двумерную решетку микромеханического ультразвукового преобразователя (MUTs), образованную на полупроводниковой подложке посредством переработки полупроводника. Согласующие слои согласуют акустический импеданс пьезоэлектрического материала с импедансом тела, подлежащего диагностике, в общем ступенчатых последовательных согласующих слоев. В этом примере первый согласующий слой 120 образован в виде электропроводного графитного композитного материала, а второй согласующий слой 130 образован из полимера, загруженного электропроводными частицами. Заземляющая плоскость 180 соединена с верхней частью второго согласующего слоя и образована в виде проводящего слоя на пленке 150 из полиэтилена (LDPE) 140 низкой плотности. Заземляющая плоскость электрически соединена с элементами преобразователя посредством электропроводных согласующих слоев и соединена с заземляющим проводником гибкой схемы 185. LDPE пленка 150 образует третий и последний согласующий слой 140 комплекта.

Ниже элементов преобразователя находится интегральная схема 160, ASIC, которая обеспечивает передачу сигналов для элементов 175 преобразователя, принимает и обрабатывает сигналы от элементов. Проводящие площадки на верхней поверхности интегральной схемы 160 электрически соединены с проводящими площадками на нижних частях элементов преобразователя выпуклостями 190 стоек, которые могут быть образованы из припоя или проводящего эпоксида. Сигналы обеспечены к и от интегральной схемы 160 соединением гибкой схемы 185. Ниже интегральной схемы 160 находится опорный блок 165, который ослабляет акустическую энергию, излучаемую от нижней части комплекта преобразователя. В соответствии с принципами настоящего изобретения опорный блок также проводит тепло, создаваемое интегральной схемой, от интегральной схемы и комплекта преобразователя и от контактирующего с пациентом конца зонда преобразователя.

ФИГ. 2 иллюстрирует зонд 14 матричного преобразователя, кабель 28 и соединитель 32, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения. Компоненты зонда размещены во внешнем полимерном корпусе 20. Рукав 18 для разгрузки натяжения окружает кабель 28, где он входит в корпус 20 зонда. Структура 12 внутренней части корпуса, называемая a "каркас", поддерживает внутренние компоненты зонда и подходит к внутренним размерам корпуса. На дистальном, контактирующем с пациентом конце зонда находится акустический комплект 100 матричной решетки. Непроводящая контактирующая с пациентом поверхность зонда, через которую отправляются и принимаются ультразвуковые волны, называется линзой. Сзади двумерной решетки 170 преобразователя находится множество ASIC 160 формирователя диаграммы направленности, а сзади множества ASIC и в тепловом контакте с ними находится акустический ослабляющий и теплопроводный опорный блок 165.

В соответствии с настоящим изобретением теплообменник 16 находится в тепловом контакте с задней частью теплопроводного опорного блока 165. Охлаждающая текучая среда закачивается в впускное отверстие теплообменника через первый трубопровод 22, а нагретая текучая среда, удерживающая тепло от зонда, вытекает из зонда через второй трубопровод 24. Эти трубопроводы проходят через кабель 28 зонда вместе с сигналом и силовыми проводниками для зонда 14. Тепло, передаваемое текучей средой во втором трубопроводе 24, рассеивается посредством внешнего покрытия кабеля, как описано более полно ниже.

Текучую среду в этой системе замкнутого контура подвергают непрерывной циркуляции посредством насоса 26, который соединен с двумя трубопроводами текучей среды 22 и 24. Насос расположен в соединителе зонда 32, который соединяет зонд и его кабели с основной ультразвуковой системой. Электрическая розетка 34 в соединителе сопрягается с вилкой в ультразвуковой системе, когда соединитель 32 прикреплен к ультразвуковой системе. В этой конструкции охлаждающая текучая среда закачивается через трубопровод 22 кабеля и через теплообменник 16, где она забирает тепло от ASIC 160, которое отводится от ASIC теплопроводным опорным блоком. Нагретая текучая среда выходит из зонда 14 через трубопровод 24 и проходит через кабель 28, где он рассеивает тепло конвекцией и проводимостью через поверхность кабеля. Так как кабели зонда достаточно длинные, имеется значительная длина кабеля и площадь поверхности кабеля, от которой рассеивается тепло, захваченное в зонд. Текущая текучая среда возвращается в охлажденное состояние к насосу 26, и процесс продолжается.

ФИГ. 3-6 иллюстрируют несколько технологий выполнения основанного на текучей среде, рассеивающего тепло кабеля 28 зонда для эффективного и действенного теплообмена и рассеивания от нагретой текучей среды. В выполнении на ФИГ. 3 выходной (из зонда; нагретый) трубопровод 24 расположен на одной стороне кабеля, а входной (холодный) трубопровод 22 расположен на другой стороне кабеля, отделенной сигнальными и силовыми электрическими проводниками, проходящими от соединителя 32 зонда 14. В этом выполнении электрические проводники объединены в дискретные субсвязки 40. Держа электрические проводники в субсвязках, субсвязки проводников будут оставаться в требуемом положении около и между трубопроводов текучей среды и не будут индивидуально отделены и смещены, как может происходить с отдельными необъединенными проводниками. Субсвязки электрических проводников будут, таким образом, сохранять трубопроводы текучей среды термически отделенными друг от друга на противоположных сторонах кабеля. Субсвязки и трубопроводы окружены металлической и/или графитовой оплеткой 42 кабеля, которая обеспечивает радиочастотный электрический экран для электрических проводников и также идет по длине кабеля. Оплетка кабеля также обеспечивает эффективный теплообмен из выходного (теплого) трубопровода 24 к внешней оболочке кабеля. Тепло от текучей среды в выходном трубопроводе 24, таким образом, рассеивается от поверхности 44 оболочки кабеля.

ФИГ. 4 иллюстрирует другую конфигурацию кабеля, в которой входной (холодный) трубопровод 22 расположен в оплетке 42 кабеля с субсвязками 40 электрических проводников. Другой трубопровод 24 расположен снаружи оплетки 42 кабеля. Оплетка кабеля защищает проводники, как в предыдущем примере, и субсвязки снова отделяют два трубопровода. Альтернативно трубопроводы могут быть упакованы наоборот, с выходным трубопроводом 24 внутри оплетки 42 кабеля и входным трубопроводом 22, расположенным снаружи оплетки. Электрические проводники, оплетка и трубопроводы снова расположены в оболочке 44 кабеля.

Выполнение на ФИГ. 5 подобно выполнению на ФИГ. 3 с добавлением теплопроводного слоя 46 между оплеткой 42 кабеля и внешней поверхностью 44 оболочки кабеля. Теплопроводный слой, который может быть частью оболочки, облегчает эффективный теплообмен от выходного (теплого) трубопровода 24 к поверхности кабеля 28.

ФИГ. 6 иллюстрирует другой подход к разделению двух трубопроводов текучей среды, который представляет собой использование трубок 22ʹ, 24ʹ со спиральной намоткой, для двух трубопроводов. Витки из двух спиральных обмоток находятся в чередующемся изменении так, что два трубопровода текучей среды всегда отделены. Электрические проводники проходят через центр двух спиральных трубок, а оболочка 44 кабеля заключает в себе спиральные трубопроводы и проводники. Трубопровод со спиральной намоткой представляет большую площадь поверхности для оболочки кабеля, чем прямой трубопровод, обеспечивая больший теплообмен от нагретой текучей среды внутри трубопровода и кабеля.

В варианте выполнения на ФИГ. 7 трубопроводы 22, 24 текучей среды 24 образованы за одно целое с оболочкой 44 кабеля. Трубопроводы 22, 24 текучей среды, таким образом, образованы во время экструзии оболочки кабеля. Два трубопровода текучей среды будут оставаться отделенными, так как они прикреплены за одно целое к противоположным сторонам оболочки, с защищенными электрическими проводниками, проходящими через центр оболочки.

Имеются несколько путей выполнения эффективного теплообмена между теплопроводным опорным блоком 165 и теплообменником 16 в зонде. Один заключается в образовании теплообменника 16 как части каркаса зонда. Каркас в общем изготовлен из алюминия, который представляет собой эффективный проводник тепла. Теплообменник 16 на ФИГ. 2, таким образом, является поперечным элементом каркаса, который устанавливает акустический комплект его теплопроводный опорный блок с помощью опорного блока в тепловом контакте с поперечным элементом 16. Несколько каналов текучей среды изготовлены через поперечный элемент 16 и соединены с трубопроводом текучей среды так, что входящая текучая среда из трубопровода 22 течет через каналы и вытекает через выходной трубопровод 24. Когда поперечный элемент 16 нагревается теплом, передаваемым ему опорным блоком, это тепло уносится текучей средой, текущей через каналы поперечного элемента.

Другое выполнение теплообмена в зонде заключается во включении устройства Пельтье в теплообменник 16 в тепловом контакте с теплопроводным опорным блоком 165. Устройство Пельтье имеет соединение мелалл-металл из двух типов металла. Когда электрический ток подается на соединение, одна сторона охлаждается, а другая сторона нагревается. С холодной стороны в тепловом контакте с опорным блоком устройство Пельтье будет, таким образом, отводить тепло опорного блока. Трубка текучей среды, катушка или элемент канала теплообменника, который описан ранее, через который течет текучая среда трубопровода 22, 24 текучей среды, находится в тепловом контакте с нагретой стороной устройства Пельтье и проводит и уносит тепло от нагретой стороны устройства через выходной трубопровод 24 текучей среды.

Третье выполнение теплообмена зонда показано на ФИГ. 8, 9 и 10. В этом выполнении теплообмен текучей среды выполнен внутри теплопроводного опорного блока. ФИГ. 8 иллюстрирует теплопроводный и акустический ослабляющий графитовый опорный блок, который описан в вышеупомянутой заявке на патент США SN 61/453690, поданной 17 марта 2011. На этой иллюстрации графит показан прозрачным для ясности иллюстрации внутренней композитной структуры блока. Элементы акустического подавления образованы в виде множества наклонных цилиндров 30 опорного материала в опорном блоке. Цилиндры 30 прорезаны или просверлены в графитовом блоке 20, далее наполнены акустическим демпфирующим материалом, например эпоксидом, наполненным микрошариками или другими акустическими демпфирующими частицами. Верхние части цилиндров 30 представляют собой большую площадь акустического демпфирующего материала задней части интегральной схемы 160.

Значительное количество нежелательной акустической энергии, излучаемой от задней части интегральной схемы и акустического комплекта, будет, таким образом, незамедлительно проходить в демпфирующий материал. Наклон цилиндров, как видно на ФИГ. 8 и виде в поперечном сечении на ФИГ. 9, обеспечивает, что акустическая энергия, проходящая в направлении Z-оси от ASIC, будет пересекать демпфирующий материал в некоторой точке на пути движения. Предпочтительно отсутствует путь в направлении Z-оси, полностью образованный из графита, и наклон цилиндров не способствует отражению энергии обратно к интегральной схеме, но обеспечивает рассеивающие углы вниз и в сторону от интегральной схемы. На практике это может быть достаточно для блокирования большинства путей Z-оси, например блокирования 95% путей. Таким образом, наклон цилиндров обеспечивает подавление всего или по существу всего направления Z-оси акустической энергии.

Однако тепло будет находить непрерывные пути через графит между цилиндрами 30. Так как поток тепла двигается из области более высокой температуры к более низкой (большей тепловой плотности к меньшей), тепло будет утекать из интегральной схемы 160 и акустического комплекта 100 к структурам ниже опорного блока 165, где оно может быть безопасно рассеяно.

Для основанного на текучей среде охлаждения замкнутого контура канал 54 текучей среды образован в опорном блоке 165, который показан на виде в поперечном сечении на ФИГ. 9. Входной (охлаждающий) трубопровод 22 соединен с впускным отверстием 52 канала 54 текучей среды, а выходной (нагретый) трубопровод 24 соединен с выпускным отверстием 56 канала текучей среды. Так как тепло передается в опорный блок 165 от ASIC 160, оно уносится от опорного блока и зонда потоком текучей среды через выходной трубопровод 24 текучей среды. Теплообмен выполнен внутри самого опорного блока без отделения теплообменника.

Другое выполнение этой технологии показано на ФИГ. 10. В этом выполнении теплопроводный и акустический ослабляющий опорный блок 165 образован из высокопористого пенографита 36. Покрытие из эпоксидной смолы 38 на внешней поверхности пенографитового блока обеспечивает структурную жесткость и эпоксидную поверхность, которая легко связывается с ASIC 160. Отверстия просверлены через эпоксидный слой на любой из сторон блока, а отверстия 52 и 56 для текучей среды расположены в отверстиях. Отверстия для текучей среды, таким образом, доступны для высокопористой внутренней области блока 165. Открытая структура пористого пенографита позволяет текучей среде протекать из одного отверстия в другое. Холодная текучая среда течет в одном отверстии из входного трубопровода 22 через пористую вспененную структуру и вытекает через другое отверстие и в выходной трубопровод 24. Графит 36 эффективно проводит тепло в блок 165, чтобы уноситься потоком текучей среды, открытая вспененная структура способствует потоку текучей среды, а частицы графита эффективно рассеивают и ослабляют акустическую энергию от задней части акустического комплекта.

Если требуется еще большее теплорассеивание, чем то, которое обеспечивается посредством кабеля 28, может быть обеспечено дополнительное охлаждение ультразвуковой системы. Предпочтительно это дополнительное охлаждение обеспечивается без какого-либо сообщения по текучей среде между соединителем и ультразвуковой системой; необходимо поддерживать замкнутый контур потока текучей среды полностью внутри зонда, кабеля и соединителя. На ФИГ. 11 металлическая пластина 60 с каналами текучей среды, проходящей через них, расположена в соединителе с электрической розеткой 34. Выходной (нагретый) трубопровод текучей среды соединен с одним концом каналов текучей среды пластины 60, а трубопровод 23 текучей среды соединен с другого конца каналов текучей среды с насосом 26.

Нагретая текучая среда будет, таким образом, течь через пластину 60, нагревая пластину, прежде чем закачиваться обратно в кабель и зонд. Когда соединитель зонда 32 подключен к ультразвуковой системе 200, а электрическая розетка сопрягается с соответствующей вилкой 34ʹ ультразвуковой системы, пластина 60 вводится посредством нажима в контакт с другой пластиной 62 канала текучей среды ультразвуковой системы. Пластина 62 охлаждается устройством в ультразвуковой системе. Так как размеры и мощность не являются достоинствами для ультразвуковой системы, когда она находится в зонде, охлаждающая система почти любой конструкции может использоваться в ультразвуковой системе. Предпочтительная охлаждающая система представляет собой охладитель/испаритель 68, расположенный в и питаемый ультразвуковой системой, который качает охлажденную текучую среду через трубопровод 64, 66 текучей среды и каналы текучей среды пластины 62. Пластина 62 тем самым является охлажденной до температуры существенно низкой относительно температуры окружающей среды. Контакт металл-металл охлажденной пластины 62 и пластины 60 соединителя, которая нагревается текучей средой от зонда, обеспечивает быструю и эффективную передачу тепла от текучей среды в нагретой пластине 60 к охлажденной пластине 62. Тепловой контакт между двумя пластинами устанавливается, когда соединитель зонда подключается к ультразвуковой системе, и текучая среда не проходит между компонентами зонда и ультразвуковой системой.

Изменения системы, описанные выше, будут очевидны специалисту в области техники. Теплообменник не должен быть изготовлен из металлических элементов, но может использовать другие проводящие элементы, например графит, кремний или другие проводящие материалы. Закупорка трубопроводов текучей среды из-за изгиба, перегиба или скручивания кабеля может быть минимизирована посредством использования резервного трубопровода, например двух входных трубопроводов, чередующихся с двумя выходными трубопроводами и расположенных через каждые 90° вокруг кабеля. Контроль потока может быть применен для обеспечения непрерывного функционирования охлаждающей системы посредством использования датчиков потока, датчиков давления или температурного контроля. Резервуар текучей среды может быть соединен с контуром текучей среды для обеспечения расширения и сжатия текучей среды за счет изменения температуры и давления.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство содержит матрицу ультразвуковых преобразователей, интегральную схему, соединенную с элементами преобразователя, опорный блок, выполненный с возможностью проведения тепла и поглощения звуковой энергии, согласующие слои, линзу, заземляющую плоскость. Устройство также содержит трубки, насос, размещенный в соединителе зонда и предназначенный для перекачки жидкости через систему замкнутого контура. При этом входной и выходной трубопроводы размещены в кабеле. Трубопроводы текучей среды в кабеле отделены электрическими проводниками кабеля. Теплообменник вместе с опорным блоком размещен в корпусе датчика. Опорный блок выполнен в виде пористой структуры, через которую протекает жидкость. Сверху опорный блок покрыт слоем эпоксидного вещества. Дополнительное охлаждение может быть обеспечено контактом металл-металл с охладителем в ультразвуковой системе. Тепло, полученное от теплообменника, рассеивается с поверхности кабеля. Технический результат – повышение эффективности охлаждения устройства. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Узел ультразвукового зонда с преобразователем, содержащий:

корпус зонда;

решетку элементов преобразователя, расположенную сзади акустического окна в корпусе зонда и выполненную с возможностью передачи и приема ультразвуковой энергии через акустическое окно;

интегральную схему, соединенную с элементами преобразователя в корпусе зонда и выполненную с возможностью обработки сигналов, передаваемых или принимаемых решеткой;

теплопроводный опорный блок, термически и акустически соединенный с решеткой элементов преобразователя и интегральной схемой, который ослабляет или рассеивает ультразвуковую энергию, принимаемую от элементов преобразователя, при этом теплопроводный опорный блок содержит пористую структуру;

соединитель зонда, выполненный с возможностью соединения зонда преобразователя с ультразвуковой системой;

кабель, соединенный между корпусом зонда и соединителем зонда и содержащий множество электрических проводников, соединенных между корпусом зонда и соединителем зонда; и

основанную на текучей среде систему охлаждения замкнутого контура, содержащую:

замкнутый контур текучей среды, продолжающийся через кабель от корпуса зонда к соединителю зонда;

насос, соединенный с контуром текучей среды, который качает текучую среду через контур; и

теплообменник, который принимает тепло, создаваемое решеткой преобразователя и интегральной схемой, для рассеивания снаружи замкнутого контура текучей среды,

причем теплообменник содержит канал текучей среды, который соединен с замкнутым контуром текучей среды и выполнен с возможностью позволять текучей среде проходить через пористую структуру теплопроводного опорного блока.

2. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 1, в котором замкнутый контур текучей среды дополнительно содержит входной трубопровод текучей среды и выходной трубопровод текучей среды,

причем входной и выходной трубопроводы текучей среды соединены с каналом текучей среды теплопроводного опорного блока.

3. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 2, дополнительно содержащий первое и второе отверстия для текучей среды, соединенные с каналом текучей среды теплопроводного опорного блока,

причем входной трубопровод текучей среды соединен с первым отверстием для текучей среды, а выходной трубопровод текучей среды соединен со вторым отверстием для текучей среды.

4. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 1, в котором теплопроводный опорный блок образован из материала, имеющего теплопроводность, по меньшей мере, такую же большую, как у графита; и содержит композитную структуру акустического демпфирующего материала, расположенную в теплопроводном опорном блоке.

5. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 4, в котором композитная структура содержит множество отверстий в опорном блоке, которые наполнены акустическим демпфирующим материалом.

6. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 5, в котором отверстия дополнительно содержат множество цилиндрических отверстий, образованных в опорном блоке и продолжающихся от верхней поверхности опорного блока до нижней поверхности опорного блока,

причем акустический демпфирующий материал в отверстиях на верхней поверхности занимает бóльшую часть площади верхней поверхности.

7. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 6, в котором отверстия наклонены под непараллельным углом относительно направления по нормали к плоскости, включающей решетку элементов преобразователя.

8. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 7, в котором отверстия наклонены под углом, который вызывает распространение акустической энергии в направлении рассеивания от решетки элементов преобразователя.

9. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 4, в котором теплопроводный опорный блок образован из графита.

10. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 1, в котором теплопроводный опорный блок образован из композитного вспененного опорного блока, расположенного сзади решетки элементов преобразователя и интегральной схемы в корпусе зонда, причем композитный вспененный опорный блок выполнен из вспененного материала, имеющего пористую структуру; а

эпоксидная смола заполняет, по меньшей мере, некоторые из пористой структуры вспененного опорного блока.

11. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 10, в котором вспененный материал дополнительно содержит пенографит.

12. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 10, в котором композитный вспененный опорный блок дополнительно содержит внешнюю поверхность и в котором эпоксидная смола заполняет пористую структуру вспененного опорного блока рядом с внешней поверхностью.

13. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 12, дополнительно содержащий первое и второе отверстия для текучей среды, соединенные с каналом текучей среды композитного вспененного опорного блока,

в котором отверстие для текучей среды продолжается через внешний участок вспененного опорного блока, который заполнен эпоксидной смолой, и

причем входной трубопровод текучей среды соединен с первым отверстием для текучей среды, а выходной трубопровод текучей среды соединен со вторым отверстием для текучей среды.

14. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 10, в котором интегральная схема дополнительно содержит ASIC формирователя диаграммы направленности, соединенную с задней стороной решетки элементов преобразователя,

причем композитный вспененный опорный блок термически соединен с ASIC формирователя диаграммы направленности.

15. Узел ультразвукового зонда с преобразователем по п. 14, в котором композитный вспененный опорный блок соединен с ASIC формирователя диаграммы направленности эпоксидной связью.