CN104780846B - 超声波探针 - Google Patents

Abstract

一种体腔插入型探针，其中，内部单元(内部组件)具有振荡器单元、继电器板和电子电路板、以及背衬构件。所述背衬构件被保持在收容在背衬壳体内部的状态下，并且所述背衬壳体由形成在作为探针头壳体的散热外壳的内部表面中的两个凹槽保持。排热薄板接合至电子电路板的背面的周边区域。排热薄板的后翼部和前翼部接合至衬板壳体。

Description

超声波探针

技术领域

本发明涉及一种超声波探针，更具体地，涉及一种具有二维阵列换能器(transducer)的体腔插入型超声波探针。

背景技术

在医疗领域，超声波诊断装置正在被使用。超声波诊断装置是一种向活体发送超声波以及从活体接收超声波，并且基于通过超声波的发送和接收而获得的接收信号来形成超声波图像的装置。超声波的发送和接收由超声波探针执行。各种探针被商品化，其中包括体腔插入型探针。体腔插入型探针插入食道、直肠、阴道等，并且在体内发送和接收超声波。其中，食道探针是插入食道的探针，更具体地，是当处于食道中时向心脏发送超声波并从心脏接收超声波的探针。

近年来，三维超声波诊断正变得更加普及。在这项技术中，向活体内的三维空间发送超声波以及从活体内的三维空间接收超声波，以获得体数据，并且体数据被用于形成表示三维空间的三维图像、表示三维空间的任意剖面的二维断层图像等。为了向三维空间发送超声波以及从三维空间接收超声波，在探针头通常设置有二维阵列换能器。二维阵列换能器由二维排列的多个换能器元件(例如，数千个换能器元件)形成。

专利文献1公开了一种用于三维超声波诊断的食道探针。换能器单元被放置在食道探针的头部。换能器单元包括从活体组织侧起依次设置的二维阵列换能器、接口层、电子电路(集成电路)、背衬层、散热器等。电子电路是执行信道减少(channel reduction)的电路，即，用于减少信号线数量的电路。散热器是带走产生于电子电路中的热量的电路。

专利文献

专利文献1：JP2005-507581A

发明内容

技术问题

在体腔插入型探针中，需要将内部单元牢固地固定在探针头中。在此，所述内部单元为包括例如阵列换能器、界面板、电子电路板、背衬等的分层结构。在这些元件中，背衬通常形成最下层，并且具有相对大的尺寸。因此，可考虑由探针头壳体保持背衬的固定方法。然而，由于背衬由相对软的材料形成，因此难以通过上述的固定方法牢固地固定内部单元。

当用于信道减少的电子电路板将要被设置在探针头中时，从电子电路的散热成了问题。例如，当电子电路板中产生的热量传导至二维阵列换能器时，二维阵列换能器的温度变高，导致诸如二维阵列换能器的恶化以及发送/接收面的温度上升的问题。因此，需要提供用于排放出电子电路板中产生的热量的机构。

上述的专利文献1没有公开具体的内部单元的固定方法。在专利文献1中，散热器通过散热器与电子电路板之间的背衬连接至电子电路板，但存在通过这样的结构不能够实现充分的散热的问题。

问题解决方案

本发明的益处为，在超声波探针中，具有阵列换能器和背衬的内部单元可靠地固定在探针头壳体中，本发明的另一个益处为，在超声波探针中，实现了能够将电子电路板中产生的热量充分地排放出的结构。

根据本发明的一个方案，提供一种超声波探针，包括：内部单元，其包括具有多个换能器元件的阵列换能器、设置在阵列换能器的背面侧上并衰减超声波的背衬构件、以及围绕并保持背衬构件的背衬壳体；以及探针头壳体，其保持背衬壳体，其中内部单元经由背衬壳体由探针头壳体保持。

根据上述构造，当内部单元(内部组件)的全部或者部分收容在探针头壳体中时，背衬壳体由探针头壳体保持。内部单元形成分层结构，并且至少内部单元中的背面侧端部(位于非发送/接收侧的背衬部分)被用作用于固定内部单元的部分。此外，内部单元的中间部分可由探针头壳体直接或间接地保持。更具体地，在阵列换能器的背面侧上，用于吸收超声波的背衬构件被直接放置或者通过阵列换能器的背面侧与背衬构件之间的一个或者多个其他构件被间接放置。在背衬构件的外侧，设置有背衬壳体。背衬壳体具有包围(或者夹住)背衬构件、并且保持背衬构件的作用。背衬构件自身由相对软的材料形成，但通过使用作为相对硬的构件的背衬壳体包围，背衬壳体能够起到外部骨架的作用，并且内部单元的背面侧端部可用作被保持部分。优选地，背衬壳体进一步具有导热的作用。例如，背衬壳体由具有良好的导热率的金属形成。根据这样的构造，从背衬构件向背衬壳体或者从发热结构向背衬壳体传导的热量能够被放出至探针头壳体(在下文中描述的放热外壳)。优选地，利用了一种结构，在所述结构中，在不阻碍进入背衬构件的超声波的进入的范围内，背衬构件的外表面的更大的部分被背衬壳体覆盖。

根据本发明的另一个方案，优选地，背衬壳体具有覆盖背衬构件的多个侧面的多个侧面板。例如，背衬壳体可构造为具有彼此相对的两个侧面板。根据本发明的另一个方案，优选地，背衬壳体具有覆盖背衬构件的四个侧面的四个侧面板。根据这样的构造，背衬构件能够被可靠地保持。根据本发明的另一个方案，优选地，背衬壳体具有连接至多个侧面板并且覆盖背衬构件的背面的背面板。根据这样的构造，能够提高背衬壳体的刚性。

根据本发明的另一个方案，优选地，背衬壳体具有正面板，所述正面板是设置在背衬壳体的正面的板并具有容背衬构件的一部分穿过的开口。根据这样的构造，能够提高背衬壳体的刚性，以及能够提高背衬壳体的导热率。

根据本发明的另一个方案，优选地，探针头壳体的右侧内表面以及左侧内表面保持背衬壳体的右端和左端。根据本发明的另一个方案，优选地，收容背衬壳体的右端的右侧凹陷部形成在探针头壳体的右侧内表面上，而收容背衬壳体的左端的左侧凹陷部形成在探针头壳体的左侧内表面上。根据这样的构造，内部单元能够由探针头壳体牢固地保持，并且同时，能够减少定位误差。

根据本公开的另一个方案，优选地，内部单元包括具有电连接至多个换能器元件的电子电路的电子电路板，并且电子电路板中产生的热量通过背衬壳体被传导至探针头壳体。根据本发明的另一个方案，优选地，导热薄板设置在电子电路板与背衬构件之间，所述导热薄板具有主体部和从所述主体部向外侧延伸的至少一个翼部，并且所述翼部接合至背衬壳体的外表面。根据这样的构造，电子电路板中产生的热量通过导热薄板(散热薄板)能够被传导至背衬壳体；更具体地，是通过导热薄板的翼部。导热薄板中的主体部优选为接合至电子电路板的部分。优选地，导热薄板是挠性的、薄板状的构件。根据本发明的另一个方案，优选地，导热薄板具有前侧翼部和后侧翼部，并且所述前侧翼部与所述后侧翼部接合至背衬壳体的外表面。

上述的电子电路形成发送信号处理电路与接收信号处理电路中的至少一个，并且优选形成这两个处理电路。电子电路优选为信道减少电路。信道减少电路在发送期间由阵列换能器整体或者在预定的单元中根据一个发送触发信号生成多个发送驱动信号。优选地，电子电路板为表面形成有电子电路的并且不具有厚封装的半导体板。这样的电子电路板可直接接合在阵列换能器的背面侧上，但优选地，电子电路板通过电子电路板与阵列换能器的背面侧之间的接口板连接至阵列换能器。作为接口板，可使用具有配线转换功能等的板。当诸如散热薄板的散热构件的导热率高于接口板的导热率时，电子电路板中产生的热量能够被更加可靠地转移至散热构件。阵列换能器通常由具有压电特性的材料形成，并且可使用MUT(Micro-Machined Ultrasonic Transducer，微机械超声波换能器)。优选地，探针头壳体为探针头的骨架，并且同时也是放热构件。探针头壳体由具有大表面面积以及良好的导热率的构件形成。通过使用这样的放热结构，当将热量从放热结构的全体向环境放出时能够抑制电子电路板的温度的上升而不会引起局部温度的上升。超声波探针优选为体腔插入型探针，并且更优选地是具有二维阵列换能器的经食道探针。

附图说明

图1为示出根据本发明的体腔插入型探针的优选实施例的XZ剖面示意图；

图2为在图1中示出的探针的YZ剖面示意图；

图3为示出形成探针头壳体的放热外壳的立体示意图；

图4为示出换能器单元的示例的示意图；

图5为示出发送和接收电路的示例结构的示意图；

图6为示出制造根据本发明的优选实施例的探针的示例方法的流程图；

图7为用于说明排热薄板粘附至主分层结构的示意图；

图8为用于说明背衬与壳体的粘附的示意图；

图9为示出设置在背衬上的凸起的示意图；

图10为用于说明前翼部与后翼部的折叠与粘附的示意图；

图11为用于说明前侧挠性板的折叠的示意图；

图12为示出根据本发明另一个优选实施例的背衬和散热构件的示意图；

图13为示出发送/接收区域与背衬接合区域之间的关系的示意图。

图14为示出背衬壳体的第二示例结构的立体示意图；

图15为示出背衬壳体的第三示例结构的立体示意图；

图16为示出背衬壳体的第四示例结构的立体示意图。

具体实施方式

现将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。

图1示出了根据本发明的优选实施例的超声波探针。图1为超声波探针的剖面图(XZ剖面图)。所述超声波探针为体腔插入型探针，并且，特别地，是食道探针。

在图1中，探针10包括探针头12、插入管13、操作单元、探针线缆等。在本实施例中，探针头12是插入活体中的食道内、并且当处于食道中时发送和接收超声波的部分。在超声波诊断过程中，探针头12被定位在食道中，以便心脏中的待诊断部位包括在作为超声波发送/接收区域的三维空间中。

探针头12的内部是空心的，并且其中放置有内部组件14。可替换地，在内部组件14周围可填充例如树脂的填充材料。内部组件14在Z方向上发送和接收超声波，即，图1中向下的方向。X方向为探针头12的中心轴线方向，Z方向为发送/接收方向，并且Y方向被限定为与X方向和Z方向正交的方向。内部组件14更具体地放置在放热外壳16内部。放热外壳16是由例如铜的导热构件形成的坚硬、空心的容器，并且形成探针头壳体。换言之，放热外壳16形成探针头12中的外部骨架或者结构。在放热外壳16的外侧，设置有相对柔软并且由具有绝缘特性的树脂等形成的外皮18。在放热外壳16的活体组织侧，形成有开口16D，并且内部组件14的一部分穿过开口16D向放热外壳16的外侧突出。如将在下文中描述的，内部组件14包括换能器单元20、接口板(interface board)22、电子电路板24、背衬构件26、具有多个翼部的散热薄板、背衬壳体33等。这些构件将在下文中详细描述。

如稍后将参照图4描述的，阵列换能器由沿着X方向和Y方向排列的多个换能器元件形成，更具体地，由数千个换能器元件形成。超声波束由阵列换能器形成并且被电扫描(electrically scanned)。作为电扫描的方法，已知的有电子扇区扫描方法等。在本实施例中，超声波束可被二维地扫描，并且，通过这样的扫描形成三维空间。表示三维空间的三维超声波图像等可通过处理从三维空间获得的体数据而形成。如在图1中示出的，在外皮18的活体侧形成有开口18A，并且换能器单元20的位于活体侧的一部分从开口18A向活体侧扩张并伸出。在超声波诊断的执行中，产生这样一种状态：使换能器单元20在活体侧的表面，即，发送/接收面与作为活体组织表面的食道的内表面靠紧接触。

在换能器单元20的背面侧，即，图1中的上侧，设置有接口板22。接口板22具有将阵列换能器与形成在电子电路板24上的电子电路连接的功能。在本实施例中，接口板22由多层板形成，并且具有导线阵列40。所述导线阵列40由电连接在多个换能器元件与电子电路上的多个端子之间的多个信号线组成。接口板22可替换地可以是具有排列转换功能的内插器(interposer)。即，阵列换能器侧的电极排列与电子电路侧的电极排列可以彼此不同。在本实施例中，接口板22还具有将下文中描述的挠性板36和38与电子电路连接的功能，并且，为了这个目的，在接口板22中设置有连接线组42和44。如在图1中示出的，接口板22放置在形成于放热外壳16中的开口16D中。接口板22的基本材料例如是具有绝缘特性的陶瓷。

在接口板22的背面侧，即，图1中的上侧，设置有电子电路板24。电子电路板24具有用于减少信道的电子电路。具体地，电子电路在发送过程中基于从装置本体侧发送的发送触发信号，针对阵列换能器全体或者在预定的单元中生成多个发送驱动信号，并且向阵列换能器提供发送驱动信号。在接收过程中，电子电路针对元件组的单元中的多个接收信号执行调相的求和处理，并且生成组接收信号。通过提供这样的信道减少电路，能够大大地减少连接至探针头的信号线的数量。例如，通过只连接大约100根信号线，就能够处理用于数以千计地设置的全部换能器元件的信号。在本实施例中，电子电路板24由表面上形成有电子电路的基本上暴露的半导体板形成。换言之，没有提供作为外包装的封装功能，而通过薄的保护层对半导体板的整体进行保护。在电子电路板24的活体侧的表面24A上，形成与多个换能器元件对应的多个电极。上述的导线阵列40被连接至多个电极。电子电路板24在Z方向上的厚度例如约为0.6mm。上述接口板22在Z方向上的厚度例如约为1mm。

在电子电路板24的背面24B，设定有作为中央区域的超声波传播区域以及作为周边区域的散热区域。背衬构件26接合至超声波传播区域。更具体地，背衬构件26由块状的本体48和形成在本体48的活体侧的凸起46形成，并且凸起46的位于活体侧的表面接合至超声波传播区域。如将在下文中详细描述的，散热薄片接合至周边区域。更具体地，散热薄片具有开口，凸起46穿过该开口接合至电子电路板24的背面侧上的中央部，并且，通过这样的构造，散热薄片被夹在背衬构件26的本体48与作为电子电路板24的周边区域的散热区域之间。散热薄片具有在图1中示出的后翼部30和前翼部32。另外，散热薄片还具有未在图1中示出的右翼部和左翼部。背衬构件26使发射到背面侧的不需要的超声波散射和衰减。例如，背衬构件26具有约为6～15Db/cmMHz的声音衰减特性。

背衬构件例如由混入了钨、钨的化合物等的树脂形成。在这种情况下，作为树脂，可以举例为诸如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等的热塑性树脂，诸如环氧树脂、苯酚树脂、尿素树脂、黑素树脂(melanin resin)等的热固性树脂，以及各种橡胶。在背衬构件的制造中，为了实现渴望得到的声音阻抗以及渴望得到的声音衰减特性，向树脂中混入适量的钨、钨的化合物等的粉末。可替换地，也可混入其他材料。

上述的散热薄板例如由碳薄板、石墨薄板、由诸如铜制成的薄板等形成，并且由具有超导热性的材料形成。背衬构件26在Z方向上的厚度例如约为3mm。

背衬构件26的除了活体侧的端部外被背衬壳体33包围。即，背衬构件26的本体收容在背衬壳体33中。背衬壳体33起到导热构件和模具(jig)的作用。在本实施例中，散热薄板中的后翼部30与前翼部32以沿着背衬壳体33的外表面延伸的方式折叠，并且粘附在背衬壳体33的外表面上。因此，热量通过后翼部30和前翼部32从电子电路板24的背面侧转移至背衬壳体33。如在图2中示出以及下文中描述的，背衬壳体33接合并固定至放热外壳16，从背衬壳体33向放热外壳16发生热传导。另外，放热外壳16将背衬壳体33保持和固定在探针头12中。除上述内容以外，如将在下文中详细描述的，热量通过散热薄板的右翼部和左翼部从电子电路板24的背面侧传导至放热外壳16。

在接口板22的背面侧的端部，即，非活体侧，连接有挠性板36和38。挠性板36和38中的每一个由挠性印刷电路板(flexible printed circuit board)形成，并且具有配线图案。多个信号线连接至挠性板36和38的位于装置本体侧的端部。然而，这些信号线没有在图1中示出。可替换地，多个信号线可通过连接器连接至挠性板36和38。如在图2中示出的，在放热外壳16中，在Y方向上的两侧的侧面中的每一个侧面上形成有狭缝16A。将在下文中描述的右翼部和左翼部插入这两个狭缝16A。在本实施例中，为了可靠地连接大量的信号线，除了挠性板36以外还设置有挠性板38。如在图1中示出的，挠性板38从接口板22的前端边缘向上部延伸，经过内部组件14的背面侧，即图1中的上部，并且朝向超声波诊断装置的本体延伸。可替换地，只要多个信号线的连接能够可靠地实现，可以省略挠性板38。

图2示出了沿在图1中由II示出的方向的剖面图，即，YZ剖面图。如已经描述过的，探针头12具有放热外壳16。放热外壳16起到导热结构的作用，即，放热结构，并且也起到探针头壳体的作用。放热外壳16被外皮18覆盖。内部组件14设置在探针头12内部，并且包括从活体侧起依次设置的换能器单元20、接口板22、电子电路板24、背衬构件26以及背衬壳体33。散热薄板被夹在电子电路板24与背衬构件26之间。散热薄板包括充当热量接收部的本体部77，以及连接到所述本体部77的多个翼部。多个翼部更具体地包括上述的后翼部和前翼部,以及在图2中示出的右翼部50和左翼部52。右翼部50和左翼部52插入形成在放热外壳16的右侧壁和左侧壁上的一对狭缝16A中。每个狭缝16A都是沿X方向延伸的贯通沟槽。散热薄板中的本体部77是夹在电子电路板24和背衬构件26之间的部分，并且本体部77的前表面接合至电子电路板24的背面的周边区域。右翼部50和左翼部52具有连接至主体部77并且穿过狭缝16A的第一部分50a和52a，以及连接至第一部分50a和52a并且用作垂直向上延伸的延伸部的第二部分50b和52b。第二部分50b和52b折叠并且粘附在放热外壳16的外表面。更具体地，一对凹槽16B形成在放热外壳16的外壁表面上，一对第二部分50b和52b收容并固定在凹槽16B的内部。因此，产生在电子电路板24中的热量通过右翼部50和左翼部52被直接传导至放热外壳16的外表面。凹槽16B的深度相当于通过将翼部50和52的厚度与粘合剂的厚度相加后得到的厚度。在第二部分50b和52b收容在凹槽16B中的状态下，形成平面状态。可替换地，在各个构件的粘附过程中，为了实现超导热性，可使用混合有导热填充物的粘合剂。可替换地，具有导热特性的油脂可应用于接合表面。

一对凹陷16C形成在放热外壳16的内表面的Y方向上的两侧，并且背衬壳体33的端部插入凹陷16C中。换言之，背衬壳体33保持和固定在放热外壳16中。由于背衬壳体33被放热外壳16固定并且右翼部50和左翼部52相对于放热外壳16被固定，内部组件14可靠地固定至放热外壳16。如上所述，散热薄片具有接合并固定至背衬壳体33的后翼部30和前翼部32。该结构也有助于内部组件14的固定作用。

图3为上述的放热外壳16的立体示意图。放热外壳16在左右方向上被分为两部分，并且由右侧部分16-1和左侧部分16-2形成。如上所述，狭缝16A形成在放热外壳16的右侧面和左侧面上，右翼部和左翼部插入对应的狭缝16A中，并且右翼部和左翼部以折叠状态被固定。在图3中，示出了左翼部的第二部分52b。如在图3中示出的，放热外壳16形成作为外部骨架的结构，并且具有很大的表面面积。因此，产生于电子电路中的热量被传导至放热外壳16时，放热外壳16作为一个整体能够有效地将热量排放到外部环境。在这种情况下，外部环境包括穿过外皮的探针头的周边，也包括插入管和穿过插入管内部的大量信号线等。通过这样的结构，产生的热量能够被大的构件吸收而避免了局部温度上升，并且，以通过大面积排放所吸收的热量的方式，能够有效地抑制电子电路板中的温度上升，并且，从而能够有效地抑制阵列换能器和发送/接收面的温度上升。特别地，在本实施例中，放热外壳16起到内部组件14的固定构件的作用，即，用于固定的结构可用作散热结构，并且，因此从部件的数量的角度也能够获得益处。

图4示出了在图1中示出的换能器单元20的具体示例。在图4中，页面的上部为活体侧。阵列换能器54由沿X方向和Y方向排列的多个换能器元件54a形成。阵列换能器54由诸如PZT压电陶瓷(锆钛酸铅)(piezoelectric zirconate titanate)、石英、氧化锌等材料形成，或者由包括这样的压电材料的复合材料形成。阵列换能器也可通过微机械超声波换能器(MUT)形成。单独的换能器元件54a的在Z方向上的厚度关于超声波的中心频率被设定为大约1/4λ。

在阵列换能器54的背面侧上设置有具有传导特性的共振层62。共振层62由沿X方向和Y方向排列的多个共振元件62a形成。共振层62辅助阵列换能器54处的超声波的发送和接收。共振层62由具有传导特性的材料形成，并且，例如形成为包括钴、氧化锆、钨的混合物等的复合结构。本说明书中所描述的材料仅仅是示例性的。阵列换能器54中的声音阻抗例如约为30MRayls，并且共振层62的声音阻抗例如约为70至100MRayls。换言之，在本实施例中，共振层62形成硬的背衬层，并且阵列换能器54与共振层62一起发送和接收超声波。共振层62还具有阵列换能器54与接口板之间的电连接功能。在每个换能器元件54a的上表面和下表面设置有形成电极的薄的金属箔，所述金属箔例如由金、银等形成。

为了参考，将描述阵列换能器54的背面侧上的构件的声音阻抗。在图1等中示出的接口板的声音阻抗例如约为19MRayls，并且电子电路板的声音阻抗例如约为17MRayls。换言之，接口板与电子电路板具有大约相同的声音阻抗，并且尽可能多地防止了在这些板的边界面处的超声波的反射。背衬构件的声音阻抗例如约为15至25MRayls，并且，通过这样的设定，尽可能地防止了在电子电路板与背衬构件之间的边界面处的超声波的反射。通过这样的构造，从阵列换能器与传导性的共振层这二者的背面侧离开的超声波通过接口板和电子电路板自然地到达背衬构件，并且离开背面侧的不需要的超声波被背衬构件有效地衰减和吸收。即使在背衬构件26的背面产生反射，发射波在背衬构件中也被有效地衰减和吸收。因此，例如在超声波探针处在空气中的情况下，在发送/接收面与背衬构件的背面之间发生的多重反射的问题能够被有效地防止。同样在正常的超声波诊断过程中，离开背面侧的不需要的超声波也能够被有效地吸收，从而提高图像质量。

再次参照图4，在阵列换能器54的活体侧设置有第一匹配层56和第二匹配层58。第一匹配层56由二维排列的多个匹配元件56a形成，而第二匹配层58由二维排列的多个匹配元件58a形成。在第二匹配层58的活体侧设置有保护层60。该活体侧表面形成发送/接收面。附图标记64示出了形成在相邻的元件之间的分离沟槽。分离沟槽64可以是空气层，但在本实施例中，硅橡胶等具有声音绝缘特性被填充在分离沟槽64中。

图5示出了电子电路板的电子电路25的示例构造。如上所述，阵列换能器54由二维排列的多个换能器元件54a形成。在本实施例中，针对阵列换能器54设定有多个组66，每个组66由以预定形状分组的多个换能器元件形成。电子电路25由发送信号处理电路70和接收信号处理电路68形成。发送信号处理电路70基于来自装置本体侧的发送控制信号(包括发送触发信号)生成提供给多个换能器元件的多个发送驱动信号。针对阵列换能器54的整体可以设置一个发送信号处理电路70，或者可以针对每个组66设置发送信号处理电路70。在任一种情况下，发送信号处理电路70根据一个发送控制信号生成多个发送驱动信号，并且在发送期间实现对应于减少信道的处理。

在本实施例中，接收信号处理电路68由与多个组66相对应的多个子波束形成器(SBF，sub beam former)72形成。每个SBF 72针对来自对应的组66的多个接收信号输出执行调相求和处理(子调相求和处理)，从而在调相求和后生成组接收信号。通过这样的处理，多个组接收信号被生成，对于组接收信号在主波束形成器(main beam former，MBF)74处执行主调相求和处理，并且生成对应于接收波束的经相位调准的波束数据(phase-alignmentbeam data)。在此，MBF74设置在装置本体中。每个SBF72在接收期间执行信道减少。在本实施例中，例如，调相求和处理针对16个接收信号执行，从而生成一个组接收信号。

由于在执行发送/接收信号处理的过程中产生热量，所以除非有效地执行散热处理，否则电子电路板的温度将会增加，并且阵列换能器以及发送/接收面的温度也将会因此而增加。另一方面，在本实施例中，通过上述的散热处理，即，通过将热量通过散热薄板(以及背衬壳体)从电子电路板传导至放热外壳的处理，以及通过对放热外壳的整体的热量进行排放的处理，能够有效地将产生于电子电路板的热量排放至外部。

下面，将对在图1等中示出的探针的示例操作进行描述。在图1中示出的探针头12从被治疗者的嘴部插入被治疗者的食道，并且探针头12被定位在食道中预定的位置。通过该处理，探针头12的发送/接收面被设定为与食道的内壁表面靠紧接触。通过在此状态下发送和接收超声波，更具体地，通过执行超声波束的二维扫描，形成包括心脏中的测量部位的三维区域，并且能够获得与所述三维区域相对应的体数据。基于这样的体数据，形成表示三维空间的超声波三维图像，或者形成表示三维空间中的任意剖面的任意断层图像或者表示多个预定剖面的三面(tri-plane)图像。

更具体地，在发送期间，通过线缆从装置本体侧向探针头12提供发送信号。发送信号通过挠性板36或者挠性板38，并通过接口板22发送至电子电路。电子电路中的发送信号处理电路基于单一的发送信号生成多个发送驱动信号，并将所述多个发送驱动信号提供至多个对应的换能器元件。在这种情况下，多个发送驱动信号通过上述形成在接口板上的导线阵列被发送至阵列换能器。通过提供多个发送驱动信号，在阵列换能器中形成发送波束。在该处理中，如果不需要的超声波被发送至阵列换能器的背面侧，不需要的超声波被背衬构件26有效地吸收和减少。

另一方面，在接收期间，当来自活体内部的发射波被阵列换能器接收时，通过接口板22上的导线阵列40从阵列换能器向电子电路发送多个接收信号。在电子电路的接收信号处理单元中，在每个组的单元中对多个接收信号执行子调相求和处理，以生成组接收信号。以这种方式生成的多个组接收信号通过挠性板36和挠性板38被发送至多个信号线，并进一步被发送至装置本体。在装置本体中，基于多个组接收信号执行主调相求和处理，以生成与接收波束对应的波束数据。在接收期间，即使发射波出现在阵列换能器的背面侧，这样的不需要的超声波也会被背衬构件26有效地减少。

下面，将对热作用进行描述。通过发送/接收信号处理等在电子电路处产生的热量通过接合至电子电路板24的背面侧的散热薄板被传导至放热外壳16。具体地，传导至散热薄板的后翼部30和前翼部32的热量通过背衬壳体33被传导至放热外壳16。另一方面，传导至散热薄板的右翼部和左翼部的热量被直接传导至放热外壳16的外表面。以这种方式，通过四个翼部，热量能够有效地传导至放热外壳16。由于放热外壳16形成为具有非常大的热容量且具有非常大的表面面积的构件，传导的热量能够被有效地排放到外部，并能够防止局部发热。

在本实施例中，电子电路板24与散热薄板的导热率被设定为高于接口板22的导热率，并且因此，在电子电路板中所产生的热量的很大一部分被传导至散热薄板。换言之，接口板具有一定的隔热作用，并且即使存在由导线阵列引起的热传导，也会抑制通过接口板22向阵列换能器的热传导。

在本实施例中，如上所述，背衬构件26接合在电子电路板24的背面的中央部上，而散热薄板接合在背面的周边区域上。通过这样的构造，由背衬构件提供的背衬作用被应用于超声波的传播趋于更容易发生的部分，从而有效地吸收不需要的超声波。另一方面，在周边区域，发生类似于中央区域中的热传导，并且通过散热薄板能够有效地将热量从周边区域带走。换言之，在电子电路板的背面侧上，能够实现不需要的超声波的吸收以及用于抑制热量产生的散热。特别地，在上述的实施例中，背衬构件26收容在背衬壳体33中，而后翼部30和前翼部32包围背衬壳体33。因此，在通常较软的背衬构件26周围能够构造外部骨架，并且通过保持背衬构件26能够将内部组件14全部固定。结果，内部组件14在活体侧的牢固保持变为不需要。可替换地，需要时可以使用用于保持内部组件14的其他固定方法。

下面，将参照图6至11对在图1中示出的探针的制造方法进行描述。

在图6中的步骤S10中，制造在图7中示出的主分层结构75。即，形成包括换能器单元20、接口板22以及电子电路板24的主分层结构75。挠性板36和38附接至接口板22。

在图6的步骤S12中，如在图7中示出的，散热薄板76粘附在主分层结构75上。散热薄板76包括具有开口78的本体部77，以及连接到所述本体部77的多个翼部。所述多个翼部包括沿X方向排列的后翼部30和前翼部32，以及沿Y方向排列的右翼部50和左翼部52。附图标记77A示出了与位于电子电路板24的背面的周边区域对应的区域。散热薄板76的形态不限于在图7中示出的形态。

在图6的步骤S14中，背衬构件与背衬壳体粘附至散热薄板所粘附的主分层结构。具体地，如在图8中示出的，组合结构80接合在散热薄板76上。联合结构80由背衬构件26和收容背衬构件26的背衬壳体33形成。图9示出了组合结构80被颠倒放置的状态，并且凸起46形成在位于背衬构件26的活体侧的中央部。组合结构以将凸起46与在图7中示出的开口78配合的方式粘附在散热薄板上。

在图6的步骤S16中，如在图10中示出的，后翼部30与前翼部32在背衬壳体33的背面侧(即图10中的上侧)折叠，并且粘附和固定。通过该处理，背衬壳体33与散热薄板76结合为整体。

在图6的步骤S20中，如在图11中示出的，对前侧挠性板38进行折叠。具体地，前侧挠性板38被折叠以穿过背衬壳体33的非活体侧。

在图6的步骤S22中，在图11中示出的组件被放置在放热外壳中。具体地，放热外壳被组装，以便背衬壳体被夹在两个分离的部件之间，并且，同时，右翼部与左翼部从一对狭缝延伸至外部，而内部组件放置在放热外壳内。在图6的步骤S24中，右翼部和左翼部的从狭缝突出的部分被折叠，并且粘附和固定在放热外壳上。在图6的步骤S26中，执行配线处理、位于放热外壳的外侧的外皮的形成等，从而形成如在图1中示出的探针。

如能够从以上说明中明了的，散热薄板处的后翼部和前翼部实现背衬壳体(即背衬构件)的固定作用，而散热薄板处的右翼部和左翼部实现从外部进一步包围将背衬壳体夹在中间的放热外壳的作用。这种多重包围的结果是，内部组件被稳固地固定在散热外壳上，并且，同时，构成了从内部组件至放热外壳的可靠的导热路线。

图12示出了本发明的另一个优选实施例。在图12的示例性构造中，散热构件82形成为块状构件，并在其中央部形成有开口84。背衬构件86插入并固定在开口84中。这种混合结构接合至电子电路板的背面侧。

还是在这样的实施例中，背衬构件86能够接合至电子电路板的背面侧的中央部，即，超声波传播最容易发生的部分，并且，由于散热构件82接合在周边处，因此通过散热构件82能够实现充分的热量吸收。换言之，通过这样的构造，超声波的吸收作用以及散热作用这两者都能够被实现。

图13示出了与阵列换能器对应的二维区域88。附图标记90示出了实际用于发送和接收的有效区域，所述有效区域为圆形区域。在用于接合背衬构件的区域的设定中，优选地，设定具有面积大于或者等于阵列换能器的全部区域的面积的百分之五十的区域，具体地，位于中央的区域。特别地，如在图13中示出的，背衬区域优选设定为内接实际用于发送或接收的有效区域90的区域92或者等同区域。根据这样的构造，能够近似均匀地实现对于阵列换能器全体的支持。

上述实施例中的探针为食道探针，但是上述结构可应用于其他体腔插入型探针，也可应用于除体腔插入型探针以外的探针。

图14至图16示出了背衬壳体的第二至第四示例结构，这些示例结构具有与在图1等中示出的背衬壳体的第一示例结构的形态不同的形态。在附图中的每个中，Z方向为内部单元的分层方向，同时也是发送和接收方向。X方向为探针插入方向，而Y方向为与X方向和Z方向正交的方向，并且也是探针头中的左右方向。

在图14中，背衬构件100由吸收和衰减超声波的相对柔软的材料等形成，并且具有长方体的形状。背衬构件100具有第一侧面100a、第二侧面100b、第三侧面(右侧面)100c、第四侧面(左侧面)100d、正面(位于发送和接收侧的表面)100e以及背面(位于非发送和接收侧的表面)100f。在背衬构件100的外侧，背衬壳体102围绕背衬构件100而附接。背衬壳体102由诸如铝的相对硬的金属形成。背衬壳体102具有矩形空心框架结构，并且更具体地具有第一侧面板102a、第二侧面板102b、第三侧面板102c以及第四侧面板102d。当背衬壳体102附接至背衬构件100时，第一侧面100a被第一侧面板102a覆盖，并且第一侧面100a与第一侧面板102a通过粘合剂而固定。类似地，第二侧面100b与第二侧面板102b被固定、第三侧面100c与第三侧面板102c被固定、以及第四侧面100d与第四侧面板102d被固定。通过这样的方式，背衬构件100的外部尺寸与背衬壳体102内部的空心部分的尺寸基本上匹配。背衬壳体102的正面(相当于图14中的下面)是敞开的，并且背衬壳体102的背面(相当于图14中的上面)也是敞开的。为了将背衬壳体固定至背衬构件，替代粘合剂或除粘合剂以外，可使用机械固定方法。

背衬构件100具有与在图1等中示出的背衬构件48相同的形态。即，背衬构件100具有在发送和接收侧部分突出的凸起(参照图9)。在图7中示出的散热薄板76夹在背衬构件48的正面与电子电路板的背面之间。散热薄板76具有多个翼部30、32、50以及52，并且在这些翼部之中，翼部50和52接合至在图14中示出的侧面板102c与102d。翼部50和52的长度可设定为与侧面板102c和102d的高度相匹配。凸起插入散热薄板76的开口78，并传播超声波。

根据在图14中示出的结构，类似于图1的结构，背衬构件的外部骨架能够由背衬壳体形成，并且使用背衬壳体能够将内部单元放置在探针头壳体中。另外，电子电路板中产生的热量通过背衬构件或者散热薄板能够排放至背衬壳体，并且进一步从背衬壳体排放至探针头壳体。在图12中示出的方块，鉴于其功能，相当于背衬壳体。

图15示出了背衬壳体的第三个示例结构。背衬构件104具有与图14的背衬构件100的形态类似的形态，并且具有第一侧面104a、第二侧面104b、第三侧面(右侧面)104c、第四侧面(左侧面)104d、正面(位于发送和接收侧的表面)104e以及背面(位于非发送和接收侧的表面)104f。穿过形成在散热薄板中的开口的凸起形成在正面104e上。在背衬构件104的外侧上，背衬壳体106围绕背衬构件104而附接。背衬壳体106具有第一侧面板106a、第二侧面板106b以及连接这些侧面板的背面板106e。换言之，背衬壳体106不具有右侧面板和左侧面板，并且正面侧形成开口。背衬壳体106附接至背衬构件104，并且背衬壳体106与背衬构件104例如通过粘合剂固定。

在图7中示出的散热薄板76夹在背衬构件104的正面与电子电路板的背面之间。散热薄板76具有多个翼部30、32、50以及52，并且在这些翼部之中，翼部50和52围绕图15中的侧面104c和104d而延伸，并且接合至背面板106e。

根据在图15中示出的第三示例结构，与第一示例结构和第二示例结构类似，使用背衬壳体能够将内部单元的非发送接收侧端部固定在探针头壳体中。另外，电子电路板中产生的热量通过背衬构件或者通过散热薄板能够排放至背衬壳体。

图16示出了背衬壳体的第四个示例结构。背衬壳体108具有第一侧面108a、第二侧面108b、第三侧面(右侧面)108c、第四侧面(左侧面)108d、正面(位于发送和接收侧的表面)108e以及背面(位于非发送和接收侧的表面)108f。背面108f具有用于超声波传播的凸起112。所述凸起112的高度对应将在下文中描述的背衬壳体110的正面板100f的厚度与散热薄板(未示出)的厚度之和。

基本上背衬构件108的全部收容在背衬壳体110中。背衬壳体110形成空心的箱体，并且更具体地具有第一侧面板110a、第二侧面板110b、第三侧面板110c、第四侧面板110d、正面板110e以及背面板110e。这些板为相等的厚度。开口114形成在正面板110f的中央部。当背衬壳体110附接至背衬构件108时，即，当背衬构件108收容并固定在背衬壳体110中时，凸起112插入开口114。在图7中示出的散热薄板76夹在背衬壳体110的正面板与电子电路板的背面(未示出)之间。在这种情况下，在图16中示出的凸起112插入形成在散热薄板76中的开口78。通过这样的结构，通过电子电路板发送的超声波通过凸起112发送至有效吸收超声波的背衬构件108的本体。如在图7中示出的，散热薄板76具有多个翼部30、32、50以及52，在这些翼部之中，翼部50和52接合至在图16中示出的侧面板108c和108d以及背面板110e。

根据在图16中示出的结构，与第一示例结构至第三示例结构类似，硬背衬壳体能够作为外部骨架附接至相对软的背衬构件，并且使用背衬构件能够将内部单元固定在探针头壳体上。另外，由于电子电路板中产生的热量能够直接或者通过散热薄板传导至背衬壳体，因此能够提高放热效率。在图16的结构中，为了将背衬构件108放置在背衬壳体110中，正面板110f或者背面板110e可被构造为可拆卸的。

同样在图14至图16示出的第二示例结构至第四示例结构中，与第一示例结构类似，背衬壳体(或者背衬构件与背衬壳体的组合结构)由起放热外壳作用的探针头壳体的内表面保持(夹住)。具体地，背衬壳体(或者背衬构件与背衬壳体的组合结构)的右端和左端装配至形成在探针头壳体的内表面上的右侧凹陷部和左侧凹陷部。在作为第三示例结构的上述结构中，热量从背衬构件的左侧面和左侧面直接传导至探针头壳体的内表面。替代上述通过装配的固定方法或者除了上述通过装配的固定方法外，例如，还可通过螺纹拧紧固定、通过粘合剂固定等。可替换地，粘合剂可充满探针头壳体的内部的全部。

Claims (6)

1.一种超声波探针，包括：

内部单元，其包括具有多个换能器元件的阵列换能器、设置在所述阵列换能器的背面侧并衰减超声波的背衬构件、以及围绕并保持所述背衬构件的背衬壳体；以及

探针头壳体，其保持所述背衬壳体，其中

所述内部单元经由所述背衬壳体由所述探针头壳体保持；其中

所述背衬壳体具有覆盖所述背衬构件的多个侧面的多个侧面板，

所述背衬壳体具有附接至所述背衬构件的四个侧面以覆盖所述背衬构件的所述四个侧面的四个侧面板，

所述内部单元包括具有电连接至所述多个换能器元件的电子电路的电子电路板，

所述电子电路板中产生的热量通过所述背衬壳体传导至所述探针头壳体，

导热薄板设置在所述电子电路板与所述背衬构件之间，

所述导热薄板具有主体部以及从所述主体部向外侧延伸的至少一个翼部，并且

所述翼部接合至所述背衬壳体的外表面。

2.如权利要求1所述的超声波探针，其中

所述背衬壳体具有连接至所述多个侧面板并覆盖所述背衬构件的背面的背面板。

3.如权利要求1所述的超声波探针，其中

所述背衬壳体具有正面板，所述正面板是设置在所述背衬壳体的正面上的板并具有容所述背衬构件的一部分穿过的开口。

4.如权利要求1所述的超声波探针，其中

所述探针头壳体的右侧内表面和左侧内表面保持所述背衬壳体的右端和左端。

5.如权利要求4所述的超声波探针，其中

收容所述背衬壳体的所述右端的右侧凹陷部形成在所述探针头壳体的所述右侧内表面上，并且

收容所述背衬壳体的所述左端的左侧凹陷部形成在所述探针头壳体的所述左侧内表面上。

6.如权利要求1所述的超声波探针，其中

所述导热薄板具有前侧翼部和后侧翼部，并且

所述前侧翼部与所述后侧翼部接合至所述背衬壳体的外表面。