專利名稱：有源冷卻超聲探頭的系統(tǒng)和方法
有源冷卻超聲探頭的系統(tǒng)和方法,員域本發(fā)明一般涉及用于人類解剖學(xué)超聲成像的超聲探頭，且更特別地，涉及有源)ti卩超聲探頭的技術(shù)。
技術(shù)背景超聲成像系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)成像和診斷領(lǐng)域中已變得無處不在。典型地，超聲成 像系統(tǒng)包括保持抵在患者身體上的聲學(xué)探頭(超聲探頭)。該探頭包括探頭殼體 內(nèi)的聲學(xué)換能器。*換能器由鄉(xiāng)和接收超聲波的壓電材料或靜電元件制成， 所述超聲波進(jìn)而有利于患者內(nèi)部組織的成像。在發(fā)射和接收期間交替釋放和吸 收的聲學(xué)旨疆在探頭內(nèi)形成由于聲學(xué)損失轉(zhuǎn)換成熱而產(chǎn)生的熱量積聚。為從超聲系統(tǒng)獲得最佳性能，需要以最大許可的聲學(xué)強(qiáng)度，如由美國(guó)食品 及藥物管理局允許的，來操作探頭及其相關(guān)的換能器。這將能夠M31增加聲波 穿透性來提高超聲圖像的質(zhì)量，從而使給定系統(tǒng)和換能器的信噪比最大化，并 確保成像性能不會(huì)受到發(fā)射全部允許聲學(xué)強(qiáng)度的能力的限制。然而，以較高聲 學(xué)強(qiáng)度操作聲學(xué)探頭及其相關(guān)的換能器可不利地導(dǎo)致在換能器組件內(nèi)過量熱的 生成?？稍试S在超聲探頭外部上積聚的熱量必須在規(guī)定P艮度內(nèi)。在執(zhí)行成像過 程期間，針對(duì)聲學(xué)探頭在與患者和技術(shù)人員接觸的點(diǎn)處的最大允許外敏表面溫 度存在實(shí)際和規(guī)定的限制。滿足這些目標(biāo)最終取決于探頭散熱或從探頭上提取 熱量的能力。此外,超聲探頭的表面溫叟必須足夠低以避免傷害患者和使操作者不舒服。 在成像期間，患者和M人員通常更愿意與舒適的涼爽探頭接觸。而且，增加 的內(nèi)MS會(huì)影響換能器部件的操作特性，從而斷氏它們的效率和/或工作能力。 例如，可用作探頭控制電路一部分的CMOS集成電路在低溫下工作得更快速和 更有效。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的，制造換能器元件典醜用的材料主 要基于它們的聲學(xué)性能進(jìn)行選擇，且通常已知具有相對(duì)較低的固有導(dǎo)熱性。換能器組件的低導(dǎo)熱性可導(dǎo)致探頭過熱。而且，由探頭操作產(chǎn)生的大部分熱趨向 于立即積聚在換能器元件的周圍，這些換能器元件在探頭內(nèi)必須位于非?？拷?被檢査的患者身體的位置處。此外，換能器元件通常通過方形槽而彼此隔離， 所述方形槽為換能器元ff^供額外的熱絕緣。因此，換能器元件內(nèi)產(chǎn)生的熱被 封堵在致使探頭表面SJt升至環(huán)境溫度以上的聲學(xué)組件內(nèi)。使可能被封堵在換 能器元件陣列內(nèi)的熱散出，以避，聲探頭的接觸表面過熱通常是有禾啲。按常規(guī)，超聲探頭內(nèi)的熱處理是由較簡(jiǎn)單的設(shè)備完成的，如導(dǎo)體，其包埋在換能器結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而將熱盡可能快地從熱源傳il倒探頭結(jié)構(gòu)本體內(nèi)。例如， 包圍換能器陣列的探頭殼體的內(nèi)部容積可充入導(dǎo)熱陶瓷材料，例如包埋在環(huán)氧 樹脂內(nèi)的導(dǎo)熱陶 粒。陶瓷材料使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并有助于使在換能器元件陣列振 動(dòng)期間產(chǎn)生的熱從探頭表面/面向內(nèi)部的換能器/探頭背面散出。以這種方式，熱 從探頭的臨界前表面?zhèn)鲗?dǎo)到手柄，手柄處增加的質(zhì)量有助于通過自然對(duì)流均勻 散熱。由于常規(guī)超聲探頭內(nèi)的電子數(shù)量典型足夠小，自然對(duì)流足以^l，頭的溫度 保持在規(guī)定限度內(nèi)。為避免探頭過熱，普通的作法是在探頭內(nèi)靠近患者接觸表 面處設(shè)置熱敏電阻或其它皿感測(cè)設(shè)備，從而在發(fā)生過熱事件時(shí)減少或終止電 源和對(duì)探頭的激勵(lì)。然而，超聲換能器技術(shù)快速向具有更高元件數(shù)的探頭的方向發(fā)展。腿而 需要更多布線和更輕的材料，并且對(duì)各元件的相互連接及超聲成像系統(tǒng)的可制 造性發(fā)出挑戰(zhàn)。在封裝技術(shù)上對(duì)此增加的壓力是高水平的半導(dǎo)體電路集成的可 用性。由于換能器內(nèi)的小元件與系統(tǒng)內(nèi)感測(cè)電子器件之間的電阻抗不匹配，己 開發(fā)出各種手段來提供探頭手柄內(nèi)的有源電子器件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，期 望盡可能將更多的有源電路放置在檢測(cè)到的信號(hào)源附近。半導(dǎo)體技術(shù)在診斷超聲換能器中的應(yīng)用已te起這些設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造的 新方向。盡管這些產(chǎn)品在傳統(tǒng)上是由無源電子電路和壓電陶瓷傳 構(gòu)成的， 換能器現(xiàn)在擔(dān)當(dāng)有源前置放大器、發(fā)射器、激光器，和最終地，A/D轉(zhuǎn)換器和 也許是數(shù)字信號(hào)處理器的宿主。這極大地增加了探頭內(nèi)工作電源的需要。這種 工作電源的增加必然導(dǎo)致工作溫度的增加。將該技術(shù)添加到傳統(tǒng)的"手持式" 超聲探頭對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)者處理由有源設(shè)備產(chǎn)生的熱的能力造成嚴(yán)重的壓力，從而 加劇探頭內(nèi)熱量處理的難度。為生成最高質(zhì)量的圖像，探頭的功率輸出被處理成接近規(guī)定限度，產(chǎn)生處理探頭熱輸出的需要。這樣，隨著有源設(shè)備的至睞，上述導(dǎo)熱體的使用不再足以對(duì)付換能器內(nèi)的 熱負(fù)載。手柄內(nèi)具有更多電子器件的超聲探頭需要散發(fā)更高的熱量，從而需要自然對(duì)流以外的7辨卩來滿足規(guī)定的溫度需要。例如，由目前可獲得的簡(jiǎn)單設(shè)備 縱的熱負(fù)載約為1瓦。如果將前置放大器引入系統(tǒng)中，絲靜態(tài)模式時(shí)散發(fā)3 毫瓦，貝樹于3000個(gè)元件的探頭，熱負(fù)載將增加9瓦，產(chǎn)生總量為10瓦的熱 負(fù)載。由于電流設(shè)計(jì)有時(shí)受至媳者接觸區(qū)離的限制，幾乎沒有什么余地頓 應(yīng)這類熱輸出增加。因此，需要提供一種能夠縱更大熱量的熱傳遞機(jī)構(gòu)。所 建議的增強(qiáng)超聲探頭熱處理的技術(shù)典型包括自給冷卻系統(tǒng)，如閉環(huán)循環(huán)冷卻系 統(tǒng)、熱電冷卻器、蒸發(fā)默冷凝器系統(tǒng)、以及使循環(huán)冷卻液圍纟繊聲換能器結(jié)構(gòu) 的通道等。這些技術(shù)通常在充分減少探頭表面、皿上獲得成功。然而，這常常 以損失換能器組件的聲學(xué)性能作為代價(jià)。例如，來自泵抽冷卻液的振動(dòng)可使圖 像質(zhì)量惡化。類似地，操作期間的壓力變化會(huì)損壞敦管。而且，冷卻、m泵中 泄漏會(huì)不利地M^冷卻系統(tǒng)的壽命。給定肖激理想地以最大允許聲學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行 工作并且能夠理想地控制內(nèi)部換能器的工作溫度以及探頭表面的患者和用戶接 觸部分的表面溫度分布，則在換能器設(shè)計(jì)期間，熱工程學(xué)也是需要著重考慮的 問題。因此需要提供一種用于有源冷卻超聲探頭的有效和有成本效益的技術(shù)，從 而有利于M使探頭工作在較高發(fā)射功率的同時(shí)使探頭的表面溫度保持在規(guī)定 限度內(nèi)而進(jìn)行高質(zhì)量診斷成像。還需要減少振動(dòng)、壓力變化和冷卻液從泵的泄 漏以提高圖像質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的壽命。發(fā)明內(nèi)容簡(jiǎn)而言之，根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)方面，,一種超聲系統(tǒng)。該超聲系統(tǒng)包括 采集超聲數(shù)據(jù)的超聲探頭，禾B用于從超聲探頭有源散除熱的冷卻子系統(tǒng)。該冷 卻子系統(tǒng)包括放置在包含冷卻齊啲容器內(nèi)并配置成使冷卻齊輕由魏循環(huán)通過 超聲探頭的泵。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供一種超聲系統(tǒng)。該超聲系統(tǒng)包括采集超聲數(shù) 據(jù)的超聲探頭，和用于從超聲探頭有源散除熱的冷卻子系統(tǒng)。該冷卻子系統(tǒng)包 括配置成使冷卻劑經(jīng)由，循環(huán)通過超聲探頭的泵，和管道高壓部分內(nèi)用于抑制壓力振動(dòng)的柔性元件。根據(jù)本技術(shù)的又一方面，提供一種用于有源y辨卩一裝置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包 括配置成使冷卻劑經(jīng)由管道循環(huán)通過該裝置的泵，和，高壓部分內(nèi)用于抑制 壓力振動(dòng)的柔性元件。根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供一種用于有源^4卩一裝置的方法。該方法提 供使^^劑經(jīng)由管道循環(huán)通過該裝置，和通體性元f柳制管道高壓部分內(nèi)的 壓力振動(dòng)。


當(dāng)參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu) 點(diǎn)將變得更易理解，其中在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其中圖1是根據(jù)本技術(shù)一些方面的示范性超聲系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的自給冷卻系統(tǒng)的超聲探頭示意圖；圖3是示出根據(jù)本技術(shù)一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)管道內(nèi)壓力振動(dòng)抑制機(jī)構(gòu)的示意圖；圖4 J^出根據(jù)本技術(shù)另一方面的冷卻系統(tǒng)管道內(nèi)壓力振動(dòng)抑制機(jī)構(gòu)的示意圖；圖5是示出根據(jù)本技術(shù)又一方面的冷卻系統(tǒng)管道內(nèi)壓力振動(dòng)抑帝帆構(gòu)的示 意圖；以及圖6是示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的冷卻系統(tǒng)衝直內(nèi)過量積聚壓力的各種釋 放機(jī)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
本技，常涉i^于超聲探頭的集成冷卻系統(tǒng)。這種集成冷卻系統(tǒng)在需要 有效且成本有效的熱管理的設(shè)備和裝置中非常有用，例如X線管、電子設(shè)備、 電器和機(jī)術(shù)幾器等。雖然本討論針對(duì)超聲探頭提供了實(shí)例，但是本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將易于理解，這些集成冷卻系統(tǒng)在其它情形中的應(yīng)用也完全落A^技術(shù) 的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，本申請(qǐng)涉及成像"對(duì)象"以及成像"物體"。這些術(shù)語不 是相互排除的，同樣地，這些術(shù)語的采用是可互換的，而不是要限制所附權(quán)利要求書的范圍。這些術(shù)語可指代人類或動(dòng)物患者，或者設(shè)備、物體或部件，如 在帶鵬程中?，F(xiàn)在參見圖1 ,其示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的示范性超聲系統(tǒng)10的示意圖。 超聲系統(tǒng)10包括釆集子系統(tǒng)12和處理子系統(tǒng)14。采集子系統(tǒng)12向?qū)ο?6內(nèi) ，超聲信號(hào)，收從對(duì)象16反向Mt的超聲信號(hào)。而后由處理子系統(tǒng)14處 理所釆集的超聲信號(hào)以生成對(duì)象16的圖像。采集子系統(tǒng)12包括換能器組件18，典型為聲學(xué)換能器組件，絲成像過 程期間與患者或?qū)ο?6接觸。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所將意識(shí)到的，換能器組件18 包括由例如，但不限于，鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenedifluoride， PVDF)和合成PZT的材料制成的多個(gè)換能器陣列元件。應(yīng)當(dāng)注意，換能器組 件18艦向換能器，并隨成向?qū)ο?6鄉(xiāng)超聲波和歸象16接收這種能量。 ^Mt模式中,換能器陣列元件將電能量轉(zhuǎn)換鵬聲波并將其發(fā)送到對(duì)象16內(nèi)。 在接收模式中，換能器陣列元件將接收自對(duì)象的超聲能量(反向娜波)轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)。采集子系統(tǒng)12還包括發(fā)射/接收切換電路20、發(fā)射器22、接收器24、和束 形成器26。發(fā)射/接收(T/R)切換電路20耦合到換能器陣列18,用于將換能器 陣列18切換到，或接收模式。為生成發(fā)射到對(duì)象16內(nèi)的超聲波，處理子系 統(tǒng)14向束形成器26發(fā)送發(fā)射命令數(shù)據(jù)。接收到，命令數(shù)據(jù)時(shí)，束形成器26 生成發(fā)射參數(shù)以在所需要的轉(zhuǎn)向角形成源自換能器陣列18表面上某點(diǎn)的、具有 所需形狀的波束。而后，束形成器26向發(fā)射器22發(fā)送，參數(shù)。發(fā)射器22利 用，參自待ilil T/R切換電路20發(fā)i^fij換能器陣列18的，信號(hào)進(jìn)4亍適 當(dāng)編碼。發(fā)射信號(hào)相對(duì)于彼此被設(shè)置于一定水平(level)和相位，并提供到換 育旨器組件18的各換能器元件。，信號(hào)激勵(lì)換能器元州吏其以相同的相位和水 平關(guān)系發(fā)射超聲波。結(jié)果，當(dāng)換能器組件18利用例如超聲凝膠聲學(xué)耦合到對(duì)象 16時(shí)，在掃描平面內(nèi)沿掃描線在對(duì)象16中形成超聲會(huì)遣束。該過程被稱為電子 掃描。而后，所發(fā)射的超聲波從對(duì)象16內(nèi)的組織和血液樣品反向散射離開。換能 器陣列元件在不同時(shí)間(取決于超聲波進(jìn)入組織(超聲波從該組織返回)的距 離和它們相對(duì)于換能器組件18表面的返回角度)接收反向散射波。如上所述， 換能器陣列元件脂象16接收反向TO超聲信號(hào)并將勝換成電信號(hào)。而后，使電信號(hào)通過T/R切換電路20路由至嗾收器24。接收器24放大和數(shù)字化所接 收的信號(hào)并提供其它功能，如增益補(bǔ)償。對(duì)應(yīng)于由每個(gè)換能器元件在不同時(shí)間 接收的反向散射超聲波的數(shù)字化接收信號(hào)保存了反向散射波的幅度和相位信 息。而后，將該數(shù)^[七信號(hào)通過束形鵬26發(fā)送到處理子系統(tǒng)14。處理子系統(tǒng) 14向束形成器26發(fā)送接收命令數(shù)據(jù)。束形成器26利用接收命令 來形^ 一轉(zhuǎn)向角源自換能器18表面上一點(diǎn)的接收束，所述點(diǎn)和轉(zhuǎn)向角通常與沿掃描線 發(fā)射的先前超聲束的點(diǎn)和轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)。束形成器26 S31按照來自控制處理器28 的命令數(shù)據(jù)的指令，進(jìn)行時(shí)間延遲和聚焦，對(duì)適當(dāng)?shù)慕邮招盘?hào)進(jìn)行操作，以形 自應(yīng)于沿對(duì)象16中掃描平面內(nèi)掃描線的采樣體積的接收束信號(hào)。來自各換能 器元件的接收信號(hào)的的相位、幅度和定時(shí)(timing)信息用于形成接收束信號(hào)。處理子系統(tǒng)14包括控制處理器28,解調(diào)器30，成像模式處理器32，掃描 轉(zhuǎn)換器34和顯示處理器36?？刂铺幚砥?8與成像模式處理器32、掃描轉(zhuǎn)換器 34和顯示處理器36接口。此外，控制處理器還負(fù)責(zé)向束形鵬26發(fā)送鄉(xiāng)和 接收命令數(shù)據(jù)。解調(diào)器30解調(diào)接收的束信號(hào)以形成對(duì)應(yīng)于掃描平面內(nèi)采樣術(shù)只 的自的I和Q解調(diào)數(shù)據(jù)值。Mil將接收束信號(hào)的相位和幅度與參考頻率進(jìn)行 比較3j^完,調(diào)。I和Q解調(diào)數(shù)據(jù)值保^收信號(hào)的相位和幅度信息。解調(diào)的數(shù)據(jù)傳送到成像模式處理器32。成像模式處理器32利用參數(shù)估計(jì) 技術(shù)由解調(diào)數(shù)據(jù)生成掃描序列格式的成像參數(shù)值。成像參數(shù)可包括對(duì)應(yīng)于各種 可能成像模式的參數(shù)，所述成像模式是例如B—模式、彩feM模式、頻譜多 譜勒模式和組織JUS成像模式。將成像參數(shù)值傳遞到掃描轉(zhuǎn)換器34。掃描轉(zhuǎn)換器34 a^ia行從掃描序列格式向顯示格式的轉(zhuǎn)化來處理參數(shù)數(shù)據(jù)。該轉(zhuǎn)化包括對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算以形成顯示格式的顯示像素?cái)?shù)據(jù)。將經(jīng)掃描轉(zhuǎn)換的像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到顯示處理器36以進(jìn)行經(jīng)掃描轉(zhuǎn)換的像素 數(shù)據(jù)的任何最終空間或時(shí)間濾波，將灰度或彩色應(yīng)用于經(jīng)掃描轉(zhuǎn)換的像素 ， 并將數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用于 視器38上顯示的模擬數(shù)據(jù)。用戶接口 40耦 合到控制處理器28以允許用戶基于顯示在監(jiān)視器38上的數(shù)據(jù)與超聲系統(tǒng)10進(jìn)行接口。顯示處理器36還可耦合至用于顯示圖像的顯示監(jiān)視器38。用戶接口 40與 控制處理器28和顯示監(jiān)視器38 ^S?？刂铺幚砥?8還可耦合至遠(yuǎn)程連接子系 統(tǒng)42，遠(yuǎn)程連接子系統(tǒng)42包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器44和遠(yuǎn)程連接接口46。處理子系統(tǒng)14還可耦合至Seg成接收超聲圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫48。數(shù)據(jù)庫48與圖像工作站 50妊。前述部件可以是專用硬件元件，如具有數(shù)字信號(hào)處理器的電路板，或者可 以是,用計(jì)算機(jī)或處理器上運(yùn)行的軟件，如在商用、現(xiàn)成的個(gè)人計(jì)算機(jī)，或 者專用工作站上運(yùn)行的軟件。各種部件可以按照本發(fā)明各種實(shí)施例組合或分開。 這樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，上面描述的超聲系統(tǒng)10是以實(shí)例的方式提供 的，且本技術(shù)決不受到具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員所意識(shí)到的，采集子系統(tǒng)12的大多數(shù)部件和處理子 系統(tǒng)14的一些部件可以容納在便攜式超聲探頭內(nèi)。此外，根據(jù)本技術(shù)的一些方 面，y賴口子系統(tǒng)可以體細(xì)聲探頭內(nèi)，用于有源地細(xì)聲探頭中散除熱。圖2示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的釆用自給冷卻子系統(tǒng)54的超聲探頭52的 示意圖。如圖所示，超聲探頭52包括用于Sil向?qū)ο?6鄉(xiāng)超聲信號(hào)和顏 象16接收信號(hào)來采集超聲數(shù)據(jù)的換能器組件18和相關(guān)電子裝置。相關(guān)電子裝 置安裝在探頭電路板56上。超聲探頭52由超聲控制臺(tái)58控制，超聲控制臺(tái)58 提供電源、用于成像序列的釆驗(yàn)數(shù)和控制信號(hào)等。超聲控制臺(tái)58典型;fcWa 探頭連接器60耦合至l鵬聲探頭52上，特別是耦合到探頭電路板56上，并且可 包括微處理器、數(shù)^號(hào)處理器、微控制器，以及其它設(shè)計(jì)成執(zhí)行控制和處理 操作的設(shè)備。此外，超聲控制臺(tái)58il31探頭連接器60向7辨卩子系統(tǒng)54供電。 另外，超聲控制臺(tái)58可用于Sil離和/或其雄入設(shè)備從操作者接收命令和掃 描參數(shù)。操作者從而可ilil超聲控制臺(tái)58控制超聲系統(tǒng)10。這樣，操作者可觀 察超聲圖像和其它與該系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)，以及啟動(dòng)成像等。7賴卩子系統(tǒng)54容納在超聲探頭52內(nèi)并包括配置成傲賴卩齊輕由魏66 循環(huán)艦超聲探頭52 (在探頭單元、探頭手柄和探頭連接器之間)的泵62。在 某些實(shí)施例中，泵58可放置在^7賴卩劑64的貯存器68內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，IC存 器68可以部分或完全填充冷卻劑64，且泵62可以浸沒或部分浸沒在冷卻劑64 中?？蛇x糊，泵62可位于貯存器68內(nèi)，f脈浸沒在冷卻劑中。典型地，某 些泵62可以由當(dāng)泵抽冷卻劑時(shí)趨向于顯著泄漏的柔性隔膜(compliant diaphragm)構(gòu)成，從而在產(chǎn)品壽命期間需要不合理的大量^4卩劑。如本領(lǐng)域技 術(shù)人員所意識(shí)到的，將泵放置在t存器內(nèi)使在產(chǎn)品壽命期間置換7賴P齊啲需要 最小化，從而使冷卻子系統(tǒng)更加可靠。從隔膜泄漏出的冷卻劑簡(jiǎn)單地循環(huán)回貯存器，不會(huì)從冷卻系統(tǒng)中損失。此外，冷卻流,泵和貯存器之間提供良好的 熱傳遞，從而實(shí)現(xiàn)更有效的泵冷卻。此外，可采用減少接合處冷卻劑損失的各 種手段。例如，管道可以通過緊固件在各接合處緊固或固定。這些緊固件可包括，但不限于，熱縮管(heatshrinktubing)、 O形環(huán)和金屬箍。在某些實(shí)施例中， 可釆用無泄漏泵(如蠕動(dòng)泵)，來使冷卻劑64循環(huán)MOT聲探頭52。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所意識(shí)到的，在某些實(shí)施例中，可采用流體7乂平傳感器(未示出)監(jiān)視或測(cè)se存器內(nèi)的冷卻劑水平，用于當(dāng)冷卻劑水平下降到某個(gè)預(yù)定水平以下時(shí)指示需要添加冷卻劑。冷卻劑水平可通過測(cè)量容量計(jì) (c鄰acitance gauge)直接確定，或者3I31^用成像器多普勒信號(hào)處理器的一部分 確定。可提供補(bǔ)充裝置以允許補(bǔ)充冷卻劑，從而補(bǔ)償冷卻劑的損失。在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)充驢可包括iaxr:存器的硅樹脂或籃球閥狀的開口，其通過滲透來補(bǔ)充冷卻齊U。此外，可在泵電機(jī)和貯存器之間設(shè)有硅樹脂阻尼材料以減少聲 學(xué)噪聲。7賴卩子系統(tǒng)54還包括第一熱交換器70，其熱耦合至超聲探頭，用于/爐 聲探頭52上散除熱。特別地，第一熱交換器70Mil均熱器(heat spreader)熱 耦合到換能器組件18和探頭電路板56，用于從這些部件散除熱，因?yàn)榇蟛糠譄?可能在這些部件中產(chǎn)生。此外，皿冷卻劑64的管道66熱耦合到第一交換器70，用于/Am—熱交換器70散除熱。辦卩劑64M;管道66M:第一熱交換器70，并在 期間被第一熱交換器64加熱，第一熱交換器70又被換能器組件 18和探頭電路板56加熱。受熱的7賴卩劑64 ilil魏66循環(huán)至lj熱耦合到魏 66的第二熱交換器72,在此^lil結(jié)合傳導(dǎo)禾樹流使劍專軀杯境空氣中。管 道66因此在第一熱交換器70、第二熱交換器72和泵62之間形成閉環(huán)回路，且 7t4P齊0t盾環(huán)流過該閉環(huán)回路。可在第二熱交換器72附近放置冷卻扇74以用于 冷卻第二熱交換器72。如本領(lǐng)域獄人員將意i朋啲，第一和第二熱交換器70和72可由銅平片 制成。此外，應(yīng)當(dāng)注意到，第一和第二熱交換器可以是多部件熱5^奐器。而后 可將每個(gè)部分放置在熱源的不同側(cè)以減少熱源及其各個(gè)熱交換器之間的熱阻。 此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意i形啲，奴流(cross flow) liG存驟熱交換器可 設(shè)計(jì)成使^賴卩效率和冷卻流體^f只最大化。均熱器可以是任何導(dǎo)熱材料，如鋁、 銅、石墨、以及熱退火熱解石墨(TPG)等?？商峁峤缑娌牧弦蕴岣邚碾娮芋w至嗨一熱交換器的熱傳輸。熱界面材料可以是任何導(dǎo)熱界面材料，如硅樹月旨?jí)|、油脂、和石墨墊等。在某些實(shí)施例中，7襯卩劑64可以是介電液體，如碳 氟化激。另外，絲些實(shí)施例中，管道66可以是由氟化乙丙烯(fburo^thylene propylene, FEP)。如上所述，泵抽的冷卻劑64在操作期間可以引起超聲探頭52內(nèi)的壓力振 動(dòng)，其進(jìn)而可使圖像質(zhì)量惡化或損壞泵或管道。泵以脈動(dòng)方式推動(dòng)少量流體， 類似于活塞泵。該脈動(dòng)流可在流出管內(nèi)形成振動(dòng)，除非在泵流出口(outflow)和管 刊tubing)之間設(shè)置一定形式的容積補(bǔ)償。由于探頭是非機(jī)械的，任何振動(dòng)都是 不想要的，因而需要使振動(dòng)最小化。財(cái)卜，振動(dòng)可耦合到換能器并弓胞超聲圖 像中的偽影。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)泵拉動(dòng)流體時(shí)，在入口處也會(huì)出現(xiàn)類似效應(yīng)?？梢?加入泵從其抽取流體的蒸汽緩沖膨脹腔(vapor buffered expansion chamber)以減少這些振動(dòng)。在泵流出口附近的膨脹單元會(huì)大大減少下游管中的振動(dòng)。圖3—5示出根據(jù)本技術(shù)一些方面的用于抑制冷卻系統(tǒng)54的管道66內(nèi)的壓 力振動(dòng)的各種機(jī)構(gòu)。如圖所示，可在管道66的高壓部分內(nèi)采用柔性(compliant) 元件76以抑制壓力振動(dòng)。例如，在某些實(shí)施例中，柔性元件76可以是在貯存 器68內(nèi)放置在泵62出口附近的柔性管(膨脹管)，以抑制由脈動(dòng)泵抽引起的脈動(dòng)振動(dòng)，如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意，i^性管可以合并到流體r:存器內(nèi)以避免冷卻劑損失，因?yàn)槿魏未┻^該部分的滲透將會(huì)使冷卻齊埴接返回貯存器。具有合 適直徑和長(zhǎng)度的硅樹脂管能抑制壓力振動(dòng)，從而M^、圖像偽影。財(cái)卜，可將金 屬編織物、一段焊芯(solderwick)或者一M:徑較大柔性較小/非柔性管放置到 柔性管上以防止其膨脹太多。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)管子開始膨脹時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)存在非常 小的阻力。金屬編織物、焊芯段或者直徑較域性較小/非柔性管段有助于l鵬 脹移動(dòng)到管子的另一部分，而不會(huì)引起正反饋的條件而進(jìn)一步使管子膨脹?？?選擇地，在某些實(shí)施例中，柔性元件76可包括兩個(gè)貯存器系統(tǒng)以抑制壓力振動(dòng)。 如圖4和圖5所示，兩個(gè)貯存器系統(tǒng)可包括用于接納引入管道66的入口貯存器 78和流出tit^始處的出口忙存器80。忙存器78和80都部分充入^4卩劑64 并艦泵62和髓82彼此相連。如本領(lǐng)域獄人員將意識(shí)到的，柔性元件76 可包括其柳制壓力振動(dòng)的布置。例如，在某些實(shí)施例中，部分充入y轉(zhuǎn)卩劑64 的C存器68內(nèi)的冷卻劑64和空，蒸汽之間的邊界或者冷卻劑64和外部環(huán)境之 間的邊界可用作柔性元件76。類似地，在某些實(shí)施例中，柔性結(jié)構(gòu)，如部分充入冷卻劑64的Jfc存器68內(nèi)的冷卻劑64和空^/蒸n^間的隔膜，盒或者冷卻 劑64和外部環(huán)境之間的隔膜，盒可用作柔性元件76。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的，超聲操作者^^制臺(tái)巻在^^頭手柄連接 到控制臺(tái)的電纜上是很常見的，從而可能損壞向探頭來回傳送i言號(hào)的電纜以及 iii^賴,的管子。特另哋，難66在這些瞎形下可能被堵塞，從而迫4頓62 頂住升高的壓力工作并且使其易于損壞?？刹捎酶鞣N技術(shù)，放在根據(jù)本技術(shù) 一些方面的)^卩系統(tǒng)54的管道66內(nèi)建立起來的過壓。這種壓力限制技術(shù)通常 基于為冷卻劑64提供旁路來釋放當(dāng)管道66堵塞時(shí)在管道66內(nèi)^:起來的過壓。 如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的，如果管道壓力上升到閾值壓力以上，則旁路就 會(huì)啟動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，闊值壓力等于二倍的大氣壓，而旁路防止泵頂住大 于閾值壓力的壓力進(jìn)行泵抽。此外，應(yīng)當(dāng)注意，旁路可以設(shè)置在lt存器內(nèi)或構(gòu) ^Jt存器的一部分，從而冷卻劑64流回到De存器68內(nèi)。如果，在正常操作下，需要冷卻劑流量h^:阻力環(huán)路R"且為避免損壞， 需要在最大壓力V皿下保持最小流量U，則分路(旁路)應(yīng)當(dāng)具有阻力R產(chǎn) V』n^，且冷卻系統(tǒng)的正常操作點(diǎn)應(yīng)當(dāng)為壓力且it4卩劑流量1=1! (1 十R/R2)。圖6示出用于釋放管道66內(nèi)建立起來的過壓的兩種這類技術(shù)(過壓釋放系 統(tǒng)84和86)。如圖所示，過壓釋放系統(tǒng)84包括旁路88和彈簧片90。在正常情 況下，彈簧片90堵住旁路88。當(dāng)管道66內(nèi)的壓力上升到閾值壓力以上時(shí)，冷 卻劑64在彈簧片90上施加壓力。彈簧片90在壓力下彎曲，從而為冷卻劑打開 流回r:存器68的通路。類似地，如圖所示，3!ffi釋放系統(tǒng)86包括旁路92和彈 簧針閥94。在正常情況下，彈簧針閥94堵住旁路92。當(dāng)管道66內(nèi)的壓力上升 到閾值壓力以上時(shí)，冷卻劑64在彈簧針閥94上施加壓力。彈簧針閥94在壓力 下被推回，從而為冷卻劑打開流回lt存器68的通路。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí) 到的，在某些實(shí)施例中，膜盒或活塞(未示出)可耦合到彈簧針閥94，從而過 壓作用于具有確定區(qū)域的膜盒或活塞上而不是作用于彈簧針閥94上。這種布置 將更好地控制閥打開時(shí)的壓力，特別是當(dāng)閥具有或獲得一定的節(jié)流能力(當(dāng)閥 打開和關(guān)閉時(shí)對(duì)流的阻力隨時(shí)間逐漸減少)時(shí)。應(yīng)當(dāng)注意，在某些實(shí)施例中， 艦釋放系統(tǒng)84和86可在用于振動(dòng)抑制的柔性元件76之后設(shè)置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的，在上面討論的各種實(shí)施例中的冷卻子系統(tǒng)54具有改善的效率、緊湊性和魯棒性(robustaess)。冷卻子系統(tǒng)54細(xì)聲探頭 52內(nèi)保持自給。除運(yùn)行各種部件的電力外，不需要來自控制臺(tái)的其它服務(wù)。這 使得這種探頭較為容易地與許多現(xiàn)存的控制臺(tái)一起使用。自給冷卻子系統(tǒng)利用 ^^的泵使泄漏最小化，從而減少或消除了在4頓壽命期間流體替換的需要。 在上面討論的各種實(shí)施例中描述的技術(shù)減少或消除了來自泵抽冷卻流體脈動(dòng)流 動(dòng)的振動(dòng)(該振動(dòng)會(huì)陶氐圖像質(zhì)量)，從而^>或消除了由脈動(dòng)流體引起的圖像 偽影。此外，在上面討論的各種實(shí)施例中描述的M防止泵在導(dǎo)致由于管道堵 塞而引起的過壓的操作者失誤事件中不受到損壞。另外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將 意識(shí)到的，仍保有防止過熱的常規(guī)安錄征，如關(guān)斷電源、減少供電和降低聲 學(xué)3艘等，以為超聲探誠(chéng)供額外的安全性。雖然在此己示出和描述了本發(fā)明的某些特征，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會(huì) 出現(xiàn)許多變型和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，附帶的權(quán)利要求書是要覆蓋落入本發(fā) 明真正精神的全部這些 和變化。部件清單10超聲系統(tǒng)12采集子系統(tǒng)14處理子系統(tǒng)16對(duì)糊體18換能器組件20發(fā)射/接收切換電路22鄉(xiāng)器24接收器26束形皿28控制處理器30解調(diào)器32成像模式鵬器34掃描轉(zhuǎn)換器36顯示處理器38監(jiān)視器40 用戶接口42 遠(yuǎn)程連接子系統(tǒng)44 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器46 織連雜口48 數(shù)據(jù)庫50 圖像工作站52 超聲探頭54 冷卻子系統(tǒng)56 探頭電路板58 超聲控制臺(tái)60 探頭連接器62 泵64 7物劑66 管道68 E:存器70 第一熱交換器72 第二熱交換器74 輛扇76 柔性元件78 入口忙存器80 出口貯存器82 連接難84 過壓釋放系統(tǒng)86 過壓釋放系統(tǒng)88 旁路90 彈簧片92 旁路94 彈簧針閥
權(quán)利要求
1、一種超聲系統(tǒng)(10)，包括采集超聲數(shù)據(jù)的超聲探頭(52)；和用于從超聲探頭(52)有源散熱的冷卻子系統(tǒng)(54)，該冷卻子系統(tǒng)(54)包括配置成使冷卻劑(64)經(jīng)由管道(66)循環(huán)通過超聲探頭(52)的泵(62)，該泵(62)放置在包含冷卻劑(64)的貯存器(68)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲系統(tǒng)(10)，其中^i口子系統(tǒng)(54)還包括 在tit (66)的高壓部分內(nèi)用于抑串啦力振動(dòng)的柔性元件(76)。
3、 根據(jù)權(quán)禾腰求1所述的超聲系統(tǒng)(10)，其中冷卻子系統(tǒng)(54)還包括 釋放管道(66)內(nèi)建立起來的過壓的過壓釋放系統(tǒng)(84，86)，其中過壓釋放系統(tǒng) (84,86)是基于為冷卻劑(64)提供旁路(88,92)。
4、 一種超聲系統(tǒng)(10)，包括 用于采集超聲數(shù)據(jù)的超聲探頭(52);和用于/，聲探頭(52)有源散熱的7襯口子系統(tǒng)(54)，該H^口子系統(tǒng)(54) 包括配置成使冷卻劑(64)經(jīng)由管道(66)循環(huán)Miili聲探頭(52)的泵(62);和在管道(66)的高壓部分內(nèi)用于抑制壓力振動(dòng)的柔性元件(76)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲系統(tǒng)(10)，其中冷卻子系統(tǒng)(54)還包括 釋放tit (66)內(nèi)^M的ffi的過壓釋放系統(tǒng)(84,86)，其中過壓釋放系統(tǒng) (84，86)是基于為)tiP劑(64)提供旁路(88,92)。
6、 一種用于有源冷卻1置的系統(tǒng)(54)，該系統(tǒng)(54)包括 配置成使冷卻劑(64)經(jīng)由管道(66)循環(huán)M該裝置的泵(62)，和 在管道(66)的高壓部分內(nèi)用于抑制壓力振動(dòng)的柔性元件(76)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(54)，其中泵(62)方j(luò)tg在包含;t4, (64) 的De存器(68)內(nèi)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(54)，還包括釋放管道(66)內(nèi)^Z1起來 的過壓的過壓釋放系統(tǒng)(84,86)，其中過壓釋放系統(tǒng)(84，86)是基于為冷卻劑 (64)提供旁路(88,92)。
9、 一種用于有源冷卻1置的方法，該方法包括傲轉(zhuǎn),J (64)經(jīng)由管道(66)循環(huán),該裝置；和 ffiia性元件(76)抑制，(66)的高壓部分內(nèi)的壓力振動(dòng)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過為)t4卩劑(64)提供旁路(88, 92)來釋放管道(66)內(nèi)建立起來的過壓。
全文摘要
為物體成像提供一種超聲系統(tǒng)(10)。超聲系統(tǒng)(10)包括用于采集超聲數(shù)據(jù)的超聲探頭(52)和用于從超聲探頭(52)有源散除熱的冷卻子系統(tǒng)(54)。冷卻子系統(tǒng)(54)包括放置在包含冷卻劑(64)的貯存器(68)內(nèi)并用于使冷卻劑(64)經(jīng)由管道(66)循環(huán)通過超聲探頭(52)的泵(62)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK101234030SQ20071030353
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者B·H·海德, C·E·鮑姆加特納, C·F·薩, C·S·耶特, D·G·威爾德斯, G·C·索戈伊安, L·S·史密斯, R·S·列萬多夫斯基, R·布呂斯特勒, S·R·凱澤, S·伯格斯特爾, S·比耶倫, T·伊科斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司