專利名稱：一種超聲探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種待裝備在超聲診斷儀上的超聲探頭。
背景技術(shù)：
超聲診斷儀被廣泛用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該診斷儀通過將超聲波發(fā)送到對象中并接收來自對象的反射波亦即回波信號來對對象進(jìn)行檢查。超聲診斷儀裝有用來傳送和接收超聲波的超聲探頭。超聲探頭抵靠在檢查對象上來使用。
現(xiàn)對慣常技術(shù)中的超聲探頭結(jié)構(gòu)加以說明。如圖11所示，探頭本體102具有探頭殼體103。探頭殼體103在其中容納換能器單元128、柔性印制線路板108和磁屏蔽構(gòu)件112。換能器單元128包括換能器104、聲匹配層105、聲透鏡106和襯底材料107。換能器104具有多個以一維和二維形式布置的換能器元件。換能器元件由一般為振動器的壓電元件、該壓電元件的一個表面上形成的公共電極和相對表面上形成的分立電極構(gòu)成。被設(shè)置給所述多個換能器元件的多個分立電極由多個印在柔性印制線路板108上的信號線延伸。多條信號線被連接到多條電纜線111上。多條成束電纜線111與塑料涂層等相配合構(gòu)成電纜109。電纜109經(jīng)夾緊件110延伸到探頭殼體103之外。探頭本體102由設(shè)置在電纜109一端的連接器101連接到外部超聲診斷儀上。
在超聲波/電轉(zhuǎn)換過程中換能器104發(fā)熱。由換能器104產(chǎn)生的超聲波部分在換能器104中吸收。這就產(chǎn)生熱量。同時，柔性印制線路板108裝有多路轉(zhuǎn)換器一類電子線路。熱量在電子線路上產(chǎn)生。
超聲探頭要放到對象的表面上。因此，為與對象接觸，聲透鏡106具有上限值被設(shè)定的表面溫度。同時，超聲診斷儀中獲得的影像S/N的改善與超聲波傳送功率的增加成比例。因此，需在聲透鏡106的表面溫度達(dá)不到其上限值的范圍內(nèi)增加超聲波傳送功率。
在慣常防熱對策中包括設(shè)置將換能器發(fā)的熱傳到遠(yuǎn)離換能器的點(diǎn)的裝置(JP-A-9-140706)、設(shè)置將換能器發(fā)的熱傳導(dǎo)到電纜的裝置(JP-A-10-94540)和設(shè)置兩種密封樹脂(JP-A-10-85219)。
但是，由超聲診斷儀發(fā)送和接收超聲波的驅(qū)動方案(scheme)/條件不限于一種，而診斷是通過時時按診斷內(nèi)容改變驅(qū)動方案/條件來進(jìn)行的。因此，超聲探頭中發(fā)熱量實(shí)際上視驅(qū)動方案/條件而異。
同時，需通過假定一驅(qū)動方案/條件和溫升最大的使用方式來設(shè)定超聲探頭的使用條件，以便，即使在這些條件下溫度也可得到保持從而保證安全。因此，在某種情況下，在一定驅(qū)動方案/條件下溫升不大，其中給安全判據(jù)提供了一個界限。同時，在另一驅(qū)動方案/條件下溫升很大，以致超聲診斷儀被用于這樣的情況下，即接近安全判據(jù)的一側(cè)。這樣，視驅(qū)動方案/條件而異安全上差別很大。
在一定的驅(qū)動方案中，超聲探頭傳送聲功率和線路板消耗功率被抑制以便維持溫度保證安全，這樣卻有損于所獲影像質(zhì)量。
可考慮設(shè)置一種結(jié)構(gòu)，即，在考慮到因驅(qū)動方案/條件方面的差別造成的超聲探頭溫升的差別的同時，作為一種抑制溫升的方法，可通過將大的平均比熱提供給超聲探頭而使溫度不易變化。同時，那些比重較輕者被優(yōu)先選用以便增強(qiáng)超聲探頭的可操作性。但是，采用具有大比熱的材料通常要求較大的比重，這樣就使超聲探頭整體重量增加。這就加重操縱超聲探頭的操作者的負(fù)擔(dān)。通常的趨勢是比重隨比熱的增加而增加。這樣，希望材料兼具兩種性能是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是有效抑制超聲探頭中超過特定溫度的溫升。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種超聲探頭，它具有探頭本體、連接器和用于電連接在所述探頭本體與所述連接器之間的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；以及相變構(gòu)件，其具有這樣的性能，即在換能器工作期間達(dá)到的特定溫度下引起從固體到液體的相變并在低于所述特定溫度時引起從液體到固體的相變。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種超聲探頭，它具有探頭本體、連接器和用于電連接在所述探頭本體與所述連接器之間的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；使換能器溫度升高到特定溫度以上得到減緩的熱緩沖劑；容納所述換能器和所述熱緩沖劑的探頭殼體；以及填充在所述探頭殼體中的填充料。
在本發(fā)明的第三方面，提供了一種超聲探頭，它具有探頭本體、連接器和用于電連接在所述探頭本體與所述連接器之間的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；使所述換能器從達(dá)到特定溫度的狀態(tài)變?yōu)槌^特定溫度的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變延遲的熱延遲劑；容納所述換能器和所述熱延遲劑的探頭殼體；以及填充在所述探頭殼體中的填充料。


圖1為剖面圖，示出按本發(fā)明第一實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖2為剖面圖，示出按本發(fā)明第二實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖3為剖面圖，示出按本發(fā)明第三實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖4為剖面圖，示出按本發(fā)明第三實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖5為剖面圖，示出按本發(fā)明第四實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖6為剖面圖，示出按本發(fā)明第五實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖7為剖面圖，示出按本發(fā)明第五實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖8A為剖面圖，示出按本發(fā)明第六實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖8B為剖面圖，示出處于相變構(gòu)件取出狀態(tài)的圖8A超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖9為剖面圖，示出按本發(fā)明第七實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
圖10A為示出按本發(fā)明第八實(shí)施例的超聲診斷儀的外觀的視圖。
圖10B為示出圖10A中的探頭保持器的視圖。
圖10C為示出圖10B中的風(fēng)扇開關(guān)的視圖。
圖11為剖面圖，示出按現(xiàn)有技術(shù)的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的數(shù)個實(shí)施例說明如下。
第一實(shí)施例如圖1所示，探頭本體2具有探頭殼體3。探頭殼體3在其中容納換能器電路28、柔性印制線路板8和磁屏蔽構(gòu)件2。探頭殼體3具有內(nèi)表面，在內(nèi)表面上伸展著磁屏蔽構(gòu)件12以便屏蔽內(nèi)部使之不受干擾無線電波的影響，磁屏蔽構(gòu)件12用金屬膜、金屬網(wǎng)或金屬殼制成。換能器單元28包括換能器4、聲匹配層5、聲透鏡6和襯底材料7。襯底材料7被設(shè)置在換能器4背后。聲匹配層5被設(shè)置在換能器4前面。聲匹配層5被設(shè)置以便減少超聲波的傳播損失。聲透鏡6被設(shè)置在聲匹配層5前面。聲透鏡6被設(shè)置以便會聚超聲波。聲透鏡6被裝配在探頭殼體3的末梢中形成的孔中。在檢查時，放置聲透鏡6使其表面與所查對象的表面接觸。
換能器4包括多個以一維或二維形式設(shè)置的換能器元件。換能器元件一般用壓電陶瓷的壓電元件、通過在壓電元件的一個表面上烘焙、蒸發(fā)或鍍覆形成的公共電極和在其相對表面上形成的分立(discrete)電極形成。多個分立電極為多個換能器元件所有，所述多個分立電極由多個印在柔性印制線路板8上的信號線延伸。多條信號線被連接到多條電纜線11上。多條成束信號線與塑料涂層等相配合構(gòu)成電纜9。電纜9經(jīng)夾緊件10延伸到探頭殼體3之外。探頭本體2借助在電纜9的一端設(shè)置的連接器1連接到外部超聲診斷儀上。
附帶指出，電子線路一般為多路轉(zhuǎn)換器，可被安裝在柔性印制線路板8上。多路轉(zhuǎn)換器被設(shè)置以便對用以連接到多個換能器元件和多條電纜線11上的多條信號線之間的連接進(jìn)行轉(zhuǎn)接。
射頻電壓信號從外部超聲診斷儀的脈沖發(fā)生器經(jīng)連接器1、電纜9和信號線加到換能器4的換能器元件的電極之間。在射頻電壓信號的作用下，使換能器4的換能器元件的壓電元件機(jī)械振動。這產(chǎn)生了超聲波。同時，來自所查對象的反射波使壓電元件產(chǎn)生機(jī)械振動。這就在換能器元件的電極之間產(chǎn)生電壓。產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)信號線、電纜9和連接器1被供給到外部超聲診斷儀。
超聲診斷儀具有B模式、多普勒模式和彩色模式處理系統(tǒng)中的至少一種。B模式處理系統(tǒng)被配置以便進(jìn)行包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮、強(qiáng)度調(diào)制及類似處理。多普勒模式處理系統(tǒng)被配置以便進(jìn)行正交檢波、多普勒偏移頻率分量提取、濾波、FFT處理等。彩色模式處理系統(tǒng)被配置以便進(jìn)行正交檢波、濾波、自相關(guān)操作、流速/分散操作(dispersionoperation)等。由B模式處理系統(tǒng)、多普勒模式處理系統(tǒng)或彩色模式處理系統(tǒng)產(chǎn)生的影像經(jīng)數(shù)字掃描變換器電路顯示在顯示器上。
相變構(gòu)件30與換能器單元28、柔性印制線路板8和磁屏蔽構(gòu)件2一起包含在探頭殼體3中。為了固定換能器單元28、相變構(gòu)件30、柔性印制線路板8、電纜線11等，并保證柔性印制線路板8信號線和電纜線11中的絕緣，在探頭殼體3中填充有如具有熱導(dǎo)率的氨基甲酸乙酯樹脂這樣的填料14。
相變構(gòu)件30用相變劑13和膜或容器31制成，相變劑13在換能器4的工作期間達(dá)到的一個特定溫度從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，并在低于該特定溫度時從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵せ蛉萜?1則容納相變劑13。相變劑13與多個氣泡32混合以便允許因相變產(chǎn)生體積變化。附帶指出，相變劑13可與膠凝劑混合。相變劑13相變的特定溫度(相變點(diǎn))被設(shè)置在從溫度范圍30-50℃中根據(jù)需要選出的溫度。實(shí)際上，在換能器4工作時，換能器單元28中，尤其在聲透鏡6中溫度升高。當(dāng)它達(dá)到上限溫度如42℃時或稍低的溫度如40℃時，相變劑13就達(dá)到被設(shè)置為特定溫度(相變點(diǎn))的溫度。在很多情況下，在具有范圍鑒別力(range discrimination)可用于M模式、B模式或彩色多普勒的脈沖波模式的工作期間，不達(dá)到上限溫度，而在單位時間傳輸功率較高的連續(xù)波多普勒模式的工作期間，達(dá)到上限溫度。
當(dāng)相變劑13達(dá)到特定溫度時，發(fā)生從固態(tài)到液態(tài)的相變。在此情況下，相當(dāng)大的能量被吸收，以便起抑制環(huán)境溫度升高的作用。此作用在相變劑13完全變成液體的期間繼續(xù)下去。相變構(gòu)件30用作熱緩沖劑用來緩沖換能器單元28的溫度，尤其是聲透鏡6的溫度，使之不致升高超過上限溫度(例如42℃)。換言之，相變構(gòu)件30用作熱延遲劑(thermal delaying agent)，熱延遲劑所起作用是延遲換能器單元28尤其是聲透鏡6從達(dá)到特定溫度(例如42℃)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌^特定溫度的狀態(tài)。這可在例如連續(xù)波多普勒模式時延長超聲診斷期。另外，在脈沖-波/連續(xù)波多普勒模式時傳送功率可得到增加，由此改善回波信號S/N(信/噪)比。
由于相變劑13的相變點(diǎn)是有選擇地從30-50℃范圍中選出的，相變可在低于相變點(diǎn)的溫度環(huán)境從液態(tài)回變?yōu)楣虘B(tài)，亦即可能有冷卻效應(yīng)。在非工作期間，或除在儲存中外以低的傳送功率工作期間，甚至在檢查時相變劑13也可能有冷卻效應(yīng)。
下面說明一個用作相變劑13的相變材料的詳例。該相變材料采用了例如日本風(fēng)機(jī)(Nippon Blower)有限公司生產(chǎn)的“C32”。相變材料C32具有下述性能熔點(diǎn)32℃比重1.45潛熱54Wh/kg比熱1Wh/kg·K此時假設(shè)，風(fēng)機(jī)殼體3的比熱為0.4Wh/kg·K，比重為1.08g/cm3。同時，假設(shè)襯底材料7比熱為0.7Wh/kg·K，比重為3g/cm3。密封樹脂材料14的比熱被給定為0.53Wh/kg·K，比重為0.029g/cm3，如上所述。
假如探頭本體2具有容積為50cc的把柄(探頭殼體3)，要填充在其中的密封樹脂材料14的體積為20-30cc。通過用相變材料32C取代20-30cc中的10cc的部分，1小時內(nèi)由于潛熱的緣故可吸收約0.78W的熱量。有多種探頭本體2，其中產(chǎn)生的熱量隨探頭本體2的類型而異。如果將10cc相變材料C32用于產(chǎn)生0.39W熱量的探頭本體2，探頭本體2的內(nèi)部溫度可在2小時或更長時間內(nèi)被抑制在32℃或32℃以下。
同時，日本風(fēng)機(jī)有限公司的產(chǎn)品“C48”被用來將探頭本體2的內(nèi)部溫度抑制在48。C或48℃以下。相變材料C48具有下述性能熔點(diǎn)48℃比重1.36潛熱60Wh/kg比熱1Wh/kg·K雖然本實(shí)施例采用了日本風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的相變材料“C32”和“C48”，但熔點(diǎn)和潛熱可通過改變相變材料來改變。因此，通過采用適當(dāng)?shù)牟牧?，探頭本體2的內(nèi)部溫度可在預(yù)定時間內(nèi)抑制在30℃或30℃以下或抑制在30-50℃。例如，通過采用熔點(diǎn)為40℃的相變材料，探頭本體2的內(nèi)部溫度可在預(yù)定時間內(nèi)抑制在40℃或40℃以下。同時，本實(shí)施例說明了潛熱為54Wh/kg和60Wh/kg的情況。但是，即使采用潛熱處于那些值之間的相變材料，熱量也可以以潛熱的量得到吸收。探頭本體2的內(nèi)部溫度可得到抑制不致升高。
附帶指出，所用相變材料的熔點(diǎn)可為50℃或更高。由于探頭本體2的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的熱傳導(dǎo)結(jié)果，以與探頭本體2的設(shè)計相匹配的方式使用了與探頭本體2的溫度范圍相應(yīng)的相變材料。因此，如采用一定的、探頭本體2的形狀和內(nèi)部部件布置，聲透鏡6的表面溫度就可能被抑制而不致升高，即使采用熔點(diǎn)為50℃或更高的相變材料也是如此。
通過固定探頭殼體3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和例如將泡沫氨基甲酸乙酯樹脂用作隔絕柔性印制線路板信號線與電纜線11的密封樹脂材料14，密封樹脂14的重量可得到減輕，由此減輕探頭本體2的重量。例如，采用潛熱為0.53Wh/kg·K、比重為0.029g/cm3、導(dǎo)熱率為0.038W/(mK)的泡沫聚苯乙烯。由于比重為0.029g/cm3，探頭本體2的重量可在相當(dāng)程度上得到減輕。
如上所述，通過在超聲探頭中配備相變材料并利用其熔化時的潛熱，超聲探頭的溫度尤其是與檢查對象接觸的聲透鏡6的表面溫度可得到抑制而不致上升。通過調(diào)整相變材料的相變點(diǎn)，冷卻效應(yīng)可在溫度需要被抑制而不升高時有效地得到展示。另外，由于無需配置現(xiàn)有技術(shù)采用的比熱很大(比重很大)的材料，超聲探頭的重量可得到減輕。
在本實(shí)施例中，相變劑13是這樣的相變材料，它在正常溫度下為固相，而在溫度從正常溫度升高時則從固相變?yōu)橐合?。相變?3在“正常溫度”亦即使用超聲探頭環(huán)境(醫(yī)院檢查室或類似物內(nèi))的通常溫度下從液相變?yōu)楣滔唷槭挂合嗷刈優(yōu)楣滔?，無需將相變劑13儲存在冰箱或冷柜中。本實(shí)施例利用這一現(xiàn)象相變材料的相變劑13從正常溫度升溫，將吸收這樣多的熱，該熱的量為其從固相熔為液相時的熔化潛熱。即使在使用超聲探頭的過程中內(nèi)部溫度升高，相變劑13也可吸收這樣多的熱量，所述熱量為歸因于相變劑13從固相變?yōu)橐合嗟南嘧兊娜刍瘽摕帷ｋm然平均溫度的升高速度依賴于整個超聲探頭的熱容量，超聲探頭的升溫速度也得到延緩(尤其是與檢查對象接觸的聲透鏡的表面溫升)。同時，在超聲探頭的某些使用條件下溫度反復(fù)升降，此時有可能降低聲透鏡6的表面溫度。聲透鏡6的最高溫度可被抑制到很低的水平。
同時，通過將相變劑13密封在由樹脂、金屬、石墨或它們的復(fù)合材料形成的膜或容器31中，相變材料13可輕而易舉地在超聲探頭內(nèi)作為構(gòu)件加以配備。此外，相變材料13熔化后的流動也可得到防止。此外，通過將容器31分為多段，即使形狀復(fù)雜，相變劑13也可相應(yīng)配備到探頭內(nèi)部。通過采用例如銅或鋁這一類導(dǎo)熱率良好的金屬材料作為容器31用材，吸熱也可由相變材料有效地實(shí)現(xiàn)。
第二實(shí)施例在參考圖2的同時，本發(fā)明第二實(shí)施例中的超聲探頭的結(jié)構(gòu)得到說明。圖2為剖面圖，示出按本發(fā)明的第二實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，相變構(gòu)件35包括里面混合有氣泡32的相變劑13和由樹脂、金屬、石墨或它們的復(fù)合材料形成并含相變劑13的容器15，如圖2所示。相變構(gòu)件35可拆地設(shè)置在探頭殼體3的外部并靠近遠(yuǎn)離換能器單元28的電纜9。相變材料采用類似于第一實(shí)施例的材料。
容器15大致為圓柱形，該圓柱形在部分切掉的斷面上外形呈C形。相變構(gòu)件35被設(shè)置以便經(jīng)容器15的切開口在其內(nèi)部容納電纜9。在電纜9被容納的狀態(tài)下，相變材料35可通過其向前移動而在探頭本體2的后面加以裝配。
通過可從探頭本體2取出的方式構(gòu)成相變構(gòu)件35，變成液相的相變構(gòu)件35可與固液態(tài)相變構(gòu)件35交換。同時，有可能從相變點(diǎn)不同的多個相變構(gòu)件35中選擇和使用具有適合的相變點(diǎn)的相變構(gòu)件35。
由于探頭本體2的發(fā)熱源位于其換能器4、聲透鏡6或襯底材料7中，如上所述，表面溫度在或圍繞聲透鏡6處最高。同時，當(dāng)與檢查對象接觸使用時，甚至在換能器4等中不產(chǎn)生熱量，過了一定時間，聲透鏡6及其與活體接觸的周邊的溫度也由于活體產(chǎn)生的熱量升高到活體溫度或大約活體溫度。同時，由于探頭本體2的熱阻，遠(yuǎn)離聲透鏡6的區(qū)域中溫度較低。因此，通過如在本實(shí)施例中那樣，在遠(yuǎn)離換能器4等的位置設(shè)置相變劑13，就可使用低熔點(diǎn)制冷劑。
附帶指出，“熱阻”指一個系數(shù)，它表示當(dāng)熱量加到一定對象上時熱量的不易流動性，用單位K/W或℃/W表示。
如用方程表示，它就被給出如下熱阻(℃/W)＝施加熱量時的溫差(℃)÷熱源處的熱量。熱阻被表示，包括每種情況。因此，熱阻隨探頭本體2的結(jié)構(gòu)改變而改變。例如，對于第一實(shí)施例中所述的探頭殼體3、襯底材料7、密封樹脂材料14等，如果材料被改變，由于比熱和導(dǎo)熱率的改變，探頭本體2的熱阻就被改變。
例如，當(dāng)聲透鏡6的表面溫度為40℃時，對于從換能器4等經(jīng)探頭殼體3和容器15傳到相變劑13的熱量，熱阻被調(diào)節(jié)，由此將設(shè)有相變劑13的區(qū)域的溫度調(diào)節(jié)到32℃。通過使用熔點(diǎn)為32℃的相變劑13，聲透鏡6的表面溫度可在相變劑13的熔化與換能器4等發(fā)出的熱量之間的平衡狀態(tài)下維持在40℃。這樣，通過將相變劑13放置在遠(yuǎn)離換能器4等的位置處，盡管使用C32，聲透鏡6的表面溫度也可維持在40℃左右。在本實(shí)施例中，為了說明一個例子，聲透鏡6的表面溫度為40℃。例如，通過使用熔點(diǎn)為32℃的相變劑13和通過調(diào)節(jié)熱阻，所給出的表面溫度可不同于40℃，例如為35℃。
第三實(shí)施例本發(fā)明第三實(shí)施例中超聲探頭的結(jié)構(gòu)是在參考圖3和4的同時予以說明的。圖3和4為剖面圖，示出按本發(fā)明第三實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，熱導(dǎo)率高于填充劑14的熱管(熱傳導(dǎo)構(gòu)件)16被設(shè)置在本實(shí)施例中的探頭本體2內(nèi)。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16大致呈Y形。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16一端與襯底材料7接觸或靠近，襯底材料7是焊接到作為熱源的換能器4上的。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16朝換能器4的對面亦即朝電纜9延伸。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16另一端分叉成熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的多個部分(圖中為兩個部分)，這些部分與探頭殼體3的側(cè)表面接觸或靠近。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16選用低熱阻材料(換言之，高熱導(dǎo)率材料)。例如，除鋁(Al)或銅(Cu)一類高熱導(dǎo)率材料外，理想地采用石墨或類似物。附帶指出，鋁(Al)適用于使探頭本體2的重量不致增加。
熱傳導(dǎo)構(gòu)件16用于使得能夠經(jīng)探頭殼體3的表面有效地消散從換能器4來的熱量，換能器4是探頭本體2的熱源。亦即，熱傳導(dǎo)構(gòu)件16使得能夠?qū)崃總鞯竭h(yuǎn)離熱源的點(diǎn)，由此增大熱消散面積。
填有相變材料形成的相變劑13的容器15以這樣的方式加以設(shè)置，即與熱傳導(dǎo)構(gòu)件16接觸或靠近。容器15用鋁(Al)、銅(Cu)或類似材料構(gòu)成。換能器4等處發(fā)出的熱量從熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的一端傳到另一端，并進(jìn)而傳到容器15，容器15被設(shè)置成與熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的另一端接觸或靠近。因所傳導(dǎo)的熱，相變劑13在特定溫度下從固相變?yōu)橐合?，以便抑制探頭本體2內(nèi)部溫度升高。熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的熱導(dǎo)率很高，其一端與襯底材料7接觸，另一端與容納相變劑13的容器5接觸或靠近，經(jīng)熱傳導(dǎo)構(gòu)件16，換能器4產(chǎn)生的熱量被傳到相變劑13，這樣就提高了熱傳導(dǎo)的效率。這使相變材料可有效吸收與探頭本體2中的溫升有關(guān)的熱量。附帶指出，雖然本實(shí)施例中相變構(gòu)件36被設(shè)置在熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的另一側(cè)，如果它與不同于該另一端的點(diǎn)接觸或靠近，也可得到類似的效果。
同時，甚至除非分離地設(shè)置熱傳導(dǎo)構(gòu)件16，也可得到類似的效果。例如，如圖4所示，容納相變劑13的容器15一端或兩端被設(shè)置得與磁屏蔽構(gòu)件12接觸或靠近。換能器4產(chǎn)生的熱量經(jīng)磁屏蔽構(gòu)件12的末梢傳到磁屏蔽構(gòu)件12，并進(jìn)而傳到與磁屏蔽構(gòu)件12接觸或靠近的容器15。這樣，熱量被傳到容納在容器15中的相變材料36。熱消散的面積可由磁屏蔽構(gòu)件12增大，這樣，提供了與熱傳導(dǎo)構(gòu)件16相當(dāng)?shù)男Ч?。通過將銅(Cu)一類高熱傳導(dǎo)材料用于磁屏蔽構(gòu)件12，可提高從作為熱源的換能器4等到相變構(gòu)件36的熱傳導(dǎo)的效率。這樣，相變材料就有效地吸收熱量。
第四實(shí)施例本發(fā)明第四實(shí)施例中超聲探頭的結(jié)構(gòu)是在參考圖5的同時予以說明的。圖5為剖面圖，示出按本發(fā)明第四實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，相變構(gòu)件39斷面呈C形。相變構(gòu)件39以這樣的方式設(shè)置，即圍繞換能器單元28，尤其是圍繞其襯底構(gòu)件7。為了使熔化的相變材料不致流動，相變材料被密封在容器15中。容器15圍繞換能器4及其類似物。容器15由樹脂、金屬、石墨或它們的復(fù)合材料形成。這樣，由于容納相變劑13的容器15被設(shè)置得與換能器4等接觸或靠近，熱量就從作為發(fā)熱源的換能器4等經(jīng)容器15直接傳到相變劑13。這可有效地抑制聲透鏡6的表面溫度升高。同時，通過將相變劑13設(shè)置得靠近換能器4等，可使探頭本體2的重心靠近聲透鏡6，這樣就改善了探頭本體2的操作性能。
第五實(shí)施例本發(fā)明第五實(shí)施例中超聲探頭的結(jié)構(gòu)是在參考圖6的同時予以說明的。圖6為剖面圖，示出按本發(fā)明第五實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。如圖6所示，相變構(gòu)件41斷面呈C形。相變構(gòu)件41以這樣的方式設(shè)置，即圍繞換能器單元28，尤其是圍繞其襯底材料7。相變劑13被密封在囊(capsules)17中。多個囊17被容納在容器42中。容器42在其中封以具有高熱導(dǎo)率的模制材料(mold material)18。模制材料18采用環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂或類似材料。例如，通過將導(dǎo)熱填料混合在環(huán)氧樹脂中，導(dǎo)熱率可為0.300W/(mK)。由于密封樹脂材料14具有0.038W/(mK)的熱導(dǎo)率，如上所述，通過采用模制材料18而不是采用密封樹脂材料14，所提供的熱導(dǎo)率可更高。附帶指出，模制材料18的比熱為0.3Wh/kg·K，比重為1.850g/cm3。從作為熱源的換能器4等產(chǎn)生的熱量傳到圍繞囊17填充的模制材料18，并進(jìn)而傳到被密封在模制材料18中的囊17內(nèi)的相變材料13。通過這樣將相變劑13設(shè)置在作為生熱源的換能器4等周圍，來自換能器4等的熱量可經(jīng)模制材料18直接傳到相變材料13。這可有效抑制聲透鏡6的表面溫度升高。
此外，通過將相變劑13分割到多個囊17中，相變構(gòu)件41易于以適合探頭本體2的內(nèi)部的未被占用空腔的形式形成。
例如，第四實(shí)施例中所述探頭本體2中使用的容器42斷面呈C形，以便將襯底材料7裝配在其凹部中。但是，須將容器42制得與探頭殼體3的形狀匹配，或與換能器4、襯底材料7或類似物的形狀匹配。亦即，由于需以這樣的形狀來制成容器42以致包圍和接觸換能器4等，如果換能器4、探頭殼體3或類似物形狀不同，就不能使用同一個容器。例如，當(dāng)以匹配某個換能器4、襯底材料7或類似物尺寸的方式制成容器42并具有接觸和圍繞換能器4、襯底材料7或類似物的凹部時，當(dāng)將容器42用于大于襯底材料7的襯底材料時，其凹部就不能被配合在尺寸更大的襯底材料上。同時，當(dāng)容器42被用于尺寸更小的襯底材料時，間隙就出現(xiàn)在凹部側(cè)面與襯底材料之間從而使得難于有效地將熱從換能器4等傳到容器42。這樣，就需要為每個形狀不同的探頭本體2準(zhǔn)備一個容器42。這樣，由于容器42成本增加，探頭本體2的制造成本就增加。
因此，通過將相變劑13分割到囊17中并用模制材料18圍繞這些囊進(jìn)行封裝，不管探頭殼體3、換能器4、襯底材料7及類似物的形狀如何，相變劑13都易于設(shè)置。這樣就不必為每個不同形狀的探頭本體2準(zhǔn)備一個容器，從而能降低成本。
此外，可使用多種類型的相變材料，如圖7所示。在容器42中，容納著囊17，囊17將相變點(diǎn)不同于第一相變劑13a的第二相變劑13b密封在其中。
相變劑13a相變點(diǎn)(熔點(diǎn))設(shè)在40℃上下，而相變劑13b相變點(diǎn)設(shè)在48℃上下，高于相變劑13a的相變點(diǎn)。設(shè)置相變點(diǎn)約為40℃的相變劑13a，目的是在以檢查對象的表面驅(qū)使探頭本體2進(jìn)行相變時抑制聲透鏡6的表面溫度升高。設(shè)置相變點(diǎn)約為48℃的相變劑13b，目的是在一種情況下抑制聲透鏡6的表面溫度升高，所述情況是，當(dāng)探頭本體2不接觸檢查對象表面時，所產(chǎn)生的超聲波的很大一部分轉(zhuǎn)變成熱。
這樣，通過使用兩種或兩種以上相變點(diǎn)不同的相變劑，即使溫升速度或安全表面溫度根據(jù)情況——即與活體接觸的狀態(tài)下的溫升或與活體脫離接觸的狀態(tài)下的溫升——而不同，在此情況下溫升也可得到抑制。同時，通過使用三種或三種以上相變材料，根據(jù)不同情況，溫度可得到抑制。
第六實(shí)施例本發(fā)明第六實(shí)施例中超聲探頭的結(jié)構(gòu)是在參考圖8的同時予以說明的。圖8為剖面圖，示出按本發(fā)明第六實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，所形成的探頭殼體3在其側(cè)表面處形成有凹部19以便容納相變構(gòu)件45，如圖8A和8B所示。具有密封在容器15中的相變劑13的相變構(gòu)件45具有這樣的形狀使其可被容納在凹部19中。凹部19由蓋20封閉。
此結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)⑾嘧儤?gòu)件45移出探頭殼體3的凹部19和更換相變構(gòu)件45。因此，即使當(dāng)探頭本體2被長期使用，相變劑13作用減弱，此時也有可能換用相變劑13處于固相的另一相變構(gòu)件45。無需等待相變劑13轉(zhuǎn)變成固相，探頭本體2可被連續(xù)使用，這樣就使得能夠連續(xù)抑制溫升。
第七實(shí)施例本發(fā)明第七實(shí)施例中超聲探頭的結(jié)構(gòu)是在參考圖9的同時予以說明的。圖9為剖面圖，示出按本發(fā)明第七實(shí)施例的超聲探頭的內(nèi)部示意結(jié)構(gòu)。
在探頭殼體3的內(nèi)部，設(shè)置冷卻器21不用來抑制溫升而用來強(qiáng)制降溫，如圖9所示。冷卻器21典型地采用珀耳帖(Peltier)裝置。所設(shè)置的熱傳導(dǎo)構(gòu)件16一端與襯底材料7接觸并沿電纜9的方向延伸，另一端分成兩叉并與磁屏蔽構(gòu)件12接觸。珀耳帖裝置21的吸熱側(cè)21a與熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的另一端接觸或靠近。附帶指出，在本發(fā)明中珀耳帖裝置21相應(yīng)于“第一冷卻器”。
當(dāng)探頭本體2的表面溫度升高時，熱量傳導(dǎo)通過熱傳導(dǎo)構(gòu)件16到達(dá)熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的另一端。連接器1用熱電偶一類溫度檢測器檢測探頭本體2的溫度。通過從連接器1操縱珀耳帖裝置21，熱傳導(dǎo)構(gòu)件16被冷卻以便降低探頭本體2的溫度。此時，盡管珀耳帖裝置21暫時降低熱傳導(dǎo)構(gòu)件16的溫度，溫度還是由于珀耳帖裝置21自身的耗能而升高。一定的時間過去后，冷卻探頭本體2的表面溫度(聲透鏡6的表面溫度)的能力喪失。
因此，相變材料的相變劑13被設(shè)置在珀耳帖裝置21的熱量消散側(cè)21b，如本實(shí)施例那樣，以便冷卻珀耳帖裝置21。通過冷卻，珀耳帖裝置21具有冷卻能力的時間可得到延長。借此效果，探頭本體2的表面溫度(聲透鏡6的表面溫度)被降低。當(dāng)珀耳帖裝置21停止工作時，相變材料緩慢地消散熱量且其可恢復(fù)其冷卻能力。例如，在探頭本體2的表面溫度(聲透鏡6的表面溫度)暫時升高的情況下，能使由珀耳帖裝置21制成的冷卻機(jī)構(gòu)有效地工作。
取代珀耳帖裝置，可設(shè)置采用水、酒精或類似物料的冷卻劑的冷卻劑循環(huán)型冷卻機(jī)構(gòu)。
第八實(shí)施例本發(fā)明第八實(shí)施例中超聲診斷儀的結(jié)構(gòu)是在參考圖10A、10B和10C的同時予以說明的。如圖10A所示，連接器1在其側(cè)表面設(shè)置有保持探頭本體2的探頭保持器22。被設(shè)置用來容納探頭本體2的探頭保持器22具有部分形成有切口而且豎向穿透的保持架(hold)23。通過將探頭本體2插入保持架23，探頭本體2周邊由保持架23支承和保持住。在本發(fā)明中探頭保持器22相應(yīng)于“容納構(gòu)件”。
圖10B示出在探頭保持器22中形成的保持架23的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖所示，保持架23豎向穿透并具有在其一部分上形成的切口。此外，冷卻風(fēng)扇24被設(shè)置在保持架23的內(nèi)側(cè)表面中(與切口相對)。通過將探頭本體2的探頭殼體3插入保持架23并用內(nèi)側(cè)表面支承探頭殼體3，探頭本體2得到保持。探頭殼體3被插入保持架23，探頭本體2由冷卻風(fēng)扇24冷卻。附帶指出，冷卻風(fēng)扇24相應(yīng)于“第二冷卻器”。
當(dāng)探頭本體2長時間使用而探頭本體2整體的溫度升高時，探頭本體2即使不使用也處于溫度不易降低的狀態(tài)。如本實(shí)施例這樣，通過將冷卻風(fēng)扇24設(shè)置在用來保持探頭2的探頭保持器22中作為探頭冷卻機(jī)構(gòu)，在探頭本體2不使用時可降低探頭本體2的溫度。此外，可使設(shè)置在探頭殼體3內(nèi)由相變材料構(gòu)成的相變劑13溫度降低和回變?yōu)楣滔唷?br> 同時，冷卻風(fēng)扇24可被設(shè)置成用來在將探頭本體2插入探頭保持器22中時風(fēng)扇被自動驅(qū)動。例如，可設(shè)置在保持架23的內(nèi)側(cè)表面中伸出的按鈕(未示出)。當(dāng)將探頭本體2插入保持架23中時，按鈕由探頭殼體3推壓。當(dāng)按鈕被推壓時，超聲診斷儀主體2中設(shè)置的開關(guān)25通過推壓而沿箭頭A的方向被推壓，以便將冷卻風(fēng)扇24與為冷卻風(fēng)扇24供電的驅(qū)動電源26連接。通過此連接，電力從驅(qū)動電源26送到冷卻風(fēng)扇24，由此使冷卻風(fēng)扇24工作。同時，將探頭本體2從探頭保持器22取出時，開關(guān)25沿箭頭B的方向移動這樣就返回到原來的位置。這就將對冷卻風(fēng)扇24的供電切斷，從而使它停止工作。
在將探頭本體2插入探頭保持器22的過程中(例如當(dāng)探頭本體2不使用時)，通過這樣操縱冷卻風(fēng)扇24，可有效降低探頭本體2的溫度。在使相變材料熔化的場合，可使它在較短時間內(nèi)恢復(fù)為固相。
工業(yè)適用性按本發(fā)明，在超聲探頭中，可有效抑制溫度使之不致升高到特定溫度以上。
權(quán)利要求
1.一種超聲探頭，其具有探頭本體、連接器和用于電連接在所述探頭本體與所述連接器之間的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；相變構(gòu)件，其具有這樣的性能，即可在換能器的工作期間達(dá)到的特定溫度下引起從固體到液體的相變，低于該特定溫度則引起從液體到固體的相變。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中該特定溫度被可選擇地設(shè)定在30-50℃范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件在換能器以連續(xù)波多普勒模式工作期間達(dá)到所述特定溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述相變構(gòu)件連同換能器的探頭殼體。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述換能器的探頭殼體，所述相變構(gòu)件可從該探頭殼體取出。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述換能器具有多個以二維形式布置的換能器元件。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件具有相變點(diǎn)不同的多種相變劑。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件具有相變劑和容納所述相變劑的膜或容器，所述相變劑與多個氣泡混合以便容許相變導(dǎo)致的體積變化。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件具有相變劑和容納所述相變劑的膜或容器，所述膜或容器用樹脂、金屬、石墨或它們的復(fù)合材料制成。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件被設(shè)置在所述換能器的背后。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件以在所述換能器后部和側(cè)表面處圍繞所述換能器的方式設(shè)置。
12.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述換能器的探頭殼體，所述相變構(gòu)件被容納于在所述探頭殼體的側(cè)表面上形成的凹部中。
13.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述相變構(gòu)件經(jīng)熱管連接到所述換能器上。
14.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述換能器的探頭殼體和在探頭殼體的內(nèi)表面上形成的磁屏蔽構(gòu)件，所述相變構(gòu)件經(jīng)所述磁屏蔽構(gòu)件連接到所述換能器上。
15.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述換能器的探頭殼體和填充在所述探頭殼體中的填充構(gòu)件，所述相變構(gòu)件經(jīng)所述填充構(gòu)件連接到所述換能器上。
16.如權(quán)利要求1所述的超聲探頭，其中所述探頭本體還有容納所述換能器的探頭殼體和探頭殼體中設(shè)置的冷卻器，所述相變構(gòu)件被布置成與所述冷卻器的散熱表面接觸。
17.權(quán)利要求16所述的超聲探頭，其中所述冷卻器具有珀耳帖裝置。
18.如權(quán)利要求16所述的超聲探頭，其中所述冷卻器為冷卻劑循環(huán)型冷卻機(jī)構(gòu)的熱交換器。
19.一種超聲探頭，其具有探頭本體、連接器和用于電連接在所述探頭本體與所述連接器之間的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；使換能器溫度升高到特定溫度以上得到減緩的熱緩沖劑；容納所述換能器和所述熱緩沖劑的探頭殼體；以及填充在所述探頭殼體中的填充料。
20.如權(quán)利要求19所述的超聲探頭，其中所述特定溫度被設(shè)定為在所述換能器工作期間要達(dá)到的溫度。
21.一種超聲探頭，其具有探頭本體、連接器和用于在所述探頭本體與所述連接器之間電連接的電纜，所述超聲探頭其中所述探頭本體包括使超聲波與電之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的換能器；使所述換能器從達(dá)到特定溫度的狀態(tài)變?yōu)槌^所述特定溫度的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變得到延遲的熱延遲劑；容納所述換能器和所述熱延遲劑的探頭殼體；填充在所述探頭殼體中的填充料。
22.如權(quán)利要求21所述的超聲探頭，其中所述特定溫度被設(shè)定為在所述換能器工作期間要達(dá)到的溫度。
全文摘要
一種超聲探頭，具有探頭本體(2)、連接器(1)和用來電連接探頭本體(2)與連接器(1)的電纜(9)。探頭本體(2)具備使超聲波與電交替轉(zhuǎn)化的換能器(4)和具有這樣的特征的相變構(gòu)件(30)，此特征為在換能器(4)工作過程中達(dá)到的特定溫度下使固相變?yōu)橐合嗖⒃诘陀谔囟囟鹊臏囟认率挂合嘧優(yōu)楣滔唷?br> 文檔編號A61B8/00GK1897877SQ20058000140
公開日2007年1月17日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者橋本新一 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社