CN117379082A - 超声探头及其声头散热结构 - Google Patents

Abstract

一种超声探头及其声头散热结构，该声头散热结构包括声头组件以及主制冷模块。该主制冷模块的制冷部与背衬层直接接触。该主制冷模块能够主动降低制冷部的温度，从而主动的降低声头组件的温度，使声头组件的温度更可控。

Description

超声探头及其声头散热结构

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种超声探头的声头散热结构。

背景技术

超声探头是超声设备(例如超声诊断成像设备)的重要部件，其工作原理是利用压电效应将超声整机的激励电脉冲信号转换为超声波信号进入患者体内，再将组织反射的超声回波信号转换为电信号，从而实现对组织的检测。

超声探头的声头组件通常包括透镜、匹配层、压电陶瓷晶片(阵元层)以及背衬层组成。超声探头在工作的时候，由于声头组件的转换效率不够以及压电陶瓷晶片高频振动等原因，导致声头组件会产生热量，过高的温度会影响换能器寿命与患者人生安全。

发明内容

本申请提供一种超声探头及其声头散热结构，以实现对声头组件进行降温的目的。

基于以上目的，本申请一种实施例中提供一种超声探头的声头散热结构，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、阵元层以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述阵元层以及所述背衬层层叠设置；

以及半导体制冷片，所述半导体制冷片具有制冷部，所述半导体制冷片能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述背衬层直接接触，以降低所述声头组件的温度。

一种实施例中，所述制冷部与所述背衬层的侧面和/或所述背衬层背离所述阵元层的底面直接接触，以对所述背衬层降温。

一种实施例中，所述制冷部具有热传导平面，所述热传导平面与所述背衬层的底面贴合。

一种实施例中，所述制冷部设于所述背衬层的侧面，并与所述背衬层的侧面贴合。

一种实施例中，所述制冷部或者所述半导体制冷片为环形结构，所述环形结构套设贴合于所述背衬层的侧面。

一种实施例中，所述制冷部或者所述半导体制冷片为多个，多个所述制冷部或者所述半导体制冷片呈环状分布在所述背衬层的侧面，并与所述背衬层的侧面贴合。

一种实施例中，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件包裹在所述半导体制冷片的侧面，以吸收和向外传递所述半导体制冷片的热量。

一种实施例中，所述辅助散热组件具有杯状结构，所述声头组件以及所述半导体制冷片安装于所述杯状结构中。

一种实施例中，所述制冷部嵌入所述背衬层内，以对所述背衬层降温。

一种实施例中，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件用于对所述半导体制冷片散热。

一种实施例中，所述辅助散热组件包括辅助制冷部件、被动散热部件以及热对流散热部件中的至少一种。

基于以上目的，本申请一种实施例中提供一种超声探头的声头散热结构，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、阵元层以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述阵元层以及所述背衬层层叠设置；

以及主制冷部件，所述主制冷部件具有制冷部，所述主制冷部件能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述背衬层形成热传导结构，以降低所述声头组件的温度。

一种实施例中，所述制冷部经热传递件与所述背衬层形成热传导结构，所述热传递件具有底部和侧部，所述底部的一面与所述背衬层的底面贴合，所述侧部的一面与所述背衬层的侧面贴合，所述制冷部与所述热传递件贴合。

一种实施例中，所述热传递件呈杯状结构，所述背衬层装设于所述杯状结构内。

一种实施例中，所述侧部为多个，其自所述底部向所述背衬层一侧凸起延伸，所述背衬层装设于所述侧部和所述底部围成的空间内。

一种实施例中，所述侧部和所述底部中至少其一具有若干个插入所述背衬层内的凸起，以提高所述热传递件与所述背衬层的接触面积。

一种实施例中，所述侧部同时与所述透镜、所述匹配层和所述阵元层中至少其一的侧面贴合。

一种实施例中，所述制冷部经所述热传递件与所述背衬层形成热传导结构，所述热传递件具有若干个插入所述背衬层内的凸起，以提高所述热传递件与所述背衬层的接触面积。

一种实施例中，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件用于对所述主制冷部件散热。

一种实施例中，所述主制冷部件为半导体制冷片或液冷系统。

基于以上目的，本申请一种实施例中提供一种超声探头的声头散热结构，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、铜箔、阵元层、柔性电路板以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层、所述柔性电路板以及所述背衬层层叠设置；

以及主制冷部件，所述主制冷部件具有制冷部，所述主制冷部件能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层和所述柔性电路板中至少其一直接贴合或通过所述热传递件间接接触，以降低所述声头组件的温度。

一种实施例中，所述制冷部与所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层和所述柔性电路板中至少其一的侧面直接贴合或通过热传递件间接接触，以降低所述声头组件的温度。

一种实施例中，所述热传递件为具有导热功能的片状结构，所述片状结构设于所述透镜底面和/或侧面，并与所述透镜直接接触。

基于以上目的，本申请一种实施例中提供一种超声探头，包括壳体和如上述任一项所述的声头散热结构，所述声头散热结构与所述壳体连接。

一种实施例中，所述声头散热结构与所述壳体形成热传导结构，以通过所述壳体进行散热。

依据上述实施例的声头散热结构,其包括声头组件以及主制冷部件。该主制冷部件的制冷部与背衬层直接接触。该主制冷部件能够主动降低制冷部的温度，从而主动的降低声头组件的温度，使声头组件的温度更可控。

依据上述另一实施例的声头散热结构,其包括声头组件以及主制冷部件。该主制冷部件的制冷部与背衬层形成热传导结构。该主制冷部件能够主动降低制冷部的温度，从而主动的降低声头组件的温度，使声头组件的温度更可控。

依据上述另一实施例的声头散热结构,其包括声头组件以及主制冷部件。该主制冷部件的制冷部与制冷部与透镜、匹配层、铜箔、阵元层和柔性电路板中至少其一直接贴合或通过热传递件间接接触。该主制冷部件能够主动降低制冷部的温度，从而主动的降低声头组件的温度，使声头组件的温度更可控。

附图说明

图1为本申请一种实施例中利用主制冷部件直接接触背衬层进行散热的结构剖视图；

图2为本申请一种实施例中利用辅助散热组件对主制冷部件进行散热的结构剖视图；

图3为本申请一种实施例中热传递件在背衬层与主制冷部件之间传递热量的结构剖视图；

图4和5为本申请两种实施例中热传递件通过若干凸起增加与背衬层的接触面积的结构剖视图；

图6为本申请一种实施例中主制冷部件设置于背衬层侧面的结构剖视图；

图7和8为本申请两种不同实施例中辅助散热组件的结构剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本实施例提供了一种超声探头，该超声探头可应用于各类超声设备中。该超声探头具有声头组件，该声头组件主要用于向被检测者发射超声波信号，并接收反射回的超声波信号。

为了避免声头组件温度过高而对用户造成不适体验，同时也出于其他目的，通常不期望声头组件的温度过高。现有一些超声探头中，其通过被动散热的方式对声头进行散热，但这种方式散热效率低。

针对该问题，本申请一些实施例中提供了一种声头散热结构。

请参考图1-8，该声头散热结构1包括声头组件100，声头组件100包括透镜110、匹配层120、阵元层130以及背衬层140，该透镜110、匹配层120、阵元层130以及背衬层140层叠设置。该阵元层130可用来发射和接收超声波信号。该匹配层120是为实现阵元层130与传声媒质之间声特性阻抗的匹配，使声能良好地透过，而在阵元层130辐射面敷设的声学材料层。该透镜110可与被检测接触，并传递超声波信号波。该背衬层140可以吸收阵元层130背面辐射的无用声波，同时也可以作为声头组件100其他部件的支撑结构。该声头组件100的具体结构可参考现有各类超声探头，在此不作进一步详细的介绍。

请继续参考图1-8，该声头散热结构1还包括主制冷部件200。主制冷部件200具有制冷部210。该主制冷部件200为一类能够主动降温的装置，例如可以采用但不限于半导体制冷片或液冷系统等。该制冷部210为该主制冷部件200中能够产生相对更低温度的部位，例如可以是半导体制冷片的冷端，液冷系统的冷却部等。

该主制冷部件200能够主动降低制冷部210的温度，主动的制造低温环境。该制冷部210与透镜110、匹配层120、阵元层130以及背衬层140中至少一个直接接触或通过热传递件300间接接触，通过降低这些部件的温度，来降低整个声头组件100的温度，最终降低透镜110的温度，提高使用者的舒适感，同时也解决其他因声头组件100温度过高而带来的问题，使声头组件100乃至透镜110的温度更可控，能将透镜110表面温度控制在需要的范围内。

而在另一些实施例中，该声头组件100还包括铜箔和柔性电路板(FPC)，该铜箔设置在阵元层130的负极与匹配层120之间，用于将阵元层130中阵元的负极引出。该柔性电路板设置在阵元层130与背衬层140之间，用于将阵元层的正极引出。此时，该制冷部210还可以与铜箔和/或柔性电路板直接贴合或通过热传递件300间接接触，以降低声头组件100的温度，进而降低透镜110的温度。例如，该制冷部210可以与铜箔和/或柔性电路板预留在声头组件100两侧的端头部直接或间接接触，以进行降温。

一些实施例中，该热传递件300可以为具有导热功能的片状结构，该片状结构设于透镜110的底面和/或侧面，并与透镜110直接接触，从而实现对透镜110降温。

以下通过各具体实施例，描述该主制冷部件200与透镜110、匹配层120、阵元层130以及背衬层140的一些示例性结构。

在一些实施例中，该制冷部210与背衬层140的侧面和/或背衬层140背离阵元层130的底面直接接触，以对背衬层140降温。

具体地，请参考图1和2，一些实施例中，该制冷部210位于背衬层140的底面，用来降低背衬层140的温度，进而降低整个声头组件100的温度。通常背衬层140的底面面积大，因此将制冷部210设于背衬层140的底面，可以提高降温效率。

在该实施例中，该制冷部210具有热传导平面，热传导平面与背衬层140的底面贴合，这样热传导平面和背衬层140的底面加工更加简单，也可以较好的完成热量的传递。

请参考图6，一些实施例中，制冷部210设于背衬层140的侧面，并与背衬层140的侧面贴合。由于某些背衬层140材料对阵元层130背面辐射的无用声波吸收效果不好，在该实施例中，制冷部210可避开背衬层140的底面，从而避免因制冷部210对这些无用声波形成反射，而影响超声探头的成像。

当然，在其他实施例中，在选择合适的背衬层140材料时，该制冷部210也可同时位于背衬层140的底面和侧面。

一种实施例中，当制冷部210位于背衬层140的侧面时，该制冷部210或者整个主制冷部件200可为环形结构，例如筒状的结构，该环形结构套设贴合于背衬层140的侧面。

另一种实施例中，该制冷部210或者主制冷部件200为多个，多个制冷部210或者主制冷部件200呈环状分布在背衬层140的侧面，并与背衬层140的侧面贴合。这些制冷部210或者主制冷部件200之间可完全分离开，也可连接在一起。

此外，该制冷部210或者主制冷部件200还可通过其他结构实现与背衬层140的侧面直接接触。

在一些制冷部210直接接触背衬层140的实施例中，该制冷部210还可以嵌入背衬层140内，以对背衬层140降温。

另一方面，一些实施例中，该制冷部210也可经热传递件300与背衬层140形成热传导结构。该热传递件300采用常用的导热材料制成，能够将制冷部210的低温迅速的传递至背衬层140，进行降温。例如，热传递件300可以是金属或者非金属的板材或者薄膜等。该热传递件300还可起到均热的效果，使制冷部210的低温能够更加均匀的传递到背衬层140或其他目标对象上。

请参考图3-5，一些实施例中，该热传递件300具有底部310和侧部320，底部310的一面与背衬层140的底面贴合，侧部320的一面与背衬层140的侧面贴合。该制冷部210与热传递件300贴合，用以提供冷源。

请继续参考图3-5，一些实施例中，热传递件300呈杯状结构，背衬层140装设于杯状结构内。

在其他实施例中，该热传递件300的侧部320可为多个，其自底部310向背衬层140一侧凸起延伸。背衬层140装设于侧部320和底部310围成的空间内。这些侧部320之间可完全分离开，也可连接在一起。

该热传递件300同时具备底部310和侧部320，且该底部310和侧部320均与背衬层140接触，可增大热传递件300与背衬层140的接触面积，提高降温效率。当然，某些实施例中，该热传递件300也可置于背衬层140的底面或侧面形成接触。

为了进一步增加热传递件300与背衬层140的接触面积，一些实施例中，热传递件300具有若干个插入背衬层140内的凸起，以提高热传递件300与背衬层140的接触面积。例如，该热传递件300的侧部320和底部310中至少其一具有若干个插入背衬层140内的凸起，以提高热传递件300与背衬层140的接触面积。

请参考图4和5，一些实施例中，该热传递件300的底部310具有多个向背衬层140设置的凸起330，这些凸起330嵌入背衬层140内，增加与背衬层140的接触面积。在图4中，该凸起330具有长方形条状的截面。在图5中，该凸起330具有三角形的截面。当然，该凸起330的截面并不限于图示形状，也可以为其他形状。

参考上述热传递件300的凸起330设置，在一些制冷部210直接接触背衬层140的实施例中，为了增加接触面积，该制冷部210也可具有一些类似凸起，这些凸起可插入至背衬层140内，以提高制冷部210与背衬层140的接触面积，以便更快的降温。

进一步地，一些实施例中，该热传递件300可只与背衬层140接触，而另一些实施例中，该热传递件300的侧部320还可以进一步延伸，同时与透镜110、匹配层120和阵元层130中至少其一的侧面贴合，进一步增加与声头组件100其他部件的接触面积。

当然，除了对背衬层140散热之外，一些实施例中，该制冷部210还可与透镜110、匹配层120和阵元层130中至少其一的侧面直接贴合或通过热传递件间接接触，进而通过降低这些部件的温度，来实现对整个声头组件100的散热和降温。用制冷部210对透镜110、匹配层120和阵元层130中至少其一的侧面进行降温，可保证这些部件本身结构不变，避免影响超声成像效果。

进一步地，针对上述各实施例所示的主制冷部件200，通常主制冷部件200也具有热源部220，例如半导体制冷片的热端。为了对主制冷部件200进行散热，一些实施例中还包括辅助散热组件400。

该辅助散热组件400可采用各种能够实现主动或被动散热的结构，例如一些实施例中，该辅助散热组件400包括辅助制冷部件、被动散热部件以及热对流散热部件中的至少一种。该辅助制冷部件是一种能够主动制冷的模块，其甚至可采用与主制冷部件200相同的结构。该被动散热部件则包括各种自身不能制冷，但可将热量传导出去，以降低主制冷部件200温度的结构，例如散热鳍片等。热对流散热部件是利用流体对流方式进行散热的部件，例如散热风扇等。

请参考图2，一种实施例中，该辅助散热组件400可直接与主制冷部件200的热源部220(如底面)接触，以对主制冷部件200进行散热。

请参考图7，一些实施例中，该辅助散热组件400是一个散热器，该散热器具有多个散热鳍片，以增加与空气的接触面积，提高散热效果。

请参考图8，一些实施例中，该辅助散热组件400是一个液冷系统，该液冷系统的制冷部210与主制冷部件200的热源部220接触，以帮助热源部220散热。

请参考图6，一些实施例中，当制冷部210或主制冷部件200位于声头组件100的侧面时，该辅助散热组件400可包裹在主制冷部件200的侧面，以吸收和向外传递主制冷部件200的热量。

在图6所示实施例中，辅助散热组件400具有杯状结构，声头组件100以及主制冷部件200安装于杯状结构中。

通过以上主制冷部件200以及辅助散热组件400的结合，可进一步提高声头组件100的降温效果，且能让声头组件100，尤其是透镜110的温度控制期望的范围内。

另一方面，一些实施例中，该超声探头还包括壳体(图中未示出)，上述各实施例所示的声头散热结构1与壳体连接，例如可安装在壳体内，而透镜110从壳体上露出。

当然，为了更好的将主制冷部件200和/或辅助散热组件400的热量散发出去，一些实施例中，主制冷部件200与壳体形成热传导结构，以通过壳体进行散热。该热传导结构既包括接触式的热传递方式，也包括通过空气或液体形成的热对流方式等。

例如，一些实施例中，该主制冷部件200和/或辅助散热组件400可直接与壳体接触，进行散热。一些实施例中，辅助散热组件400可为热对流散热部件，通过吹拂的方式将主制冷部件200的热量吹向壳体以及壳体之外。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (25)

1.一种超声探头的声头散热结构,其特征在于，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、阵元层以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述阵元层以及所述背衬层层叠设置；

以及半导体制冷片，所述半导体制冷片具有制冷部，所述半导体制冷片能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述背衬层直接接触，以降低所述声头组件的温度。

2.如权利要求1所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部与所述背衬层的侧面和/或所述背衬层背离所述阵元层的底面直接接触，以对所述背衬层降温。

3.如权利要求2所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部具有热传导平面，所述热传导平面与所述背衬层的底面贴合。

4.如权利要求2所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部设于所述背衬层的侧面，并与所述背衬层的侧面贴合。

5.如权利要求4所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部或者所述半导体制冷片为环形结构，所述环形结构套设贴合于所述背衬层的侧面。

6.如权利要求4所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部或者所述半导体制冷片为多个，多个所述制冷部或者所述半导体制冷片呈环状分布在所述背衬层的侧面，并与所述背衬层的侧面贴合。

7.如权利要求1所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部嵌入所述背衬层内，以对所述背衬层降温。

8.如权利要求4所述的声头散热结构，其特征在于，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件包裹在所述半导体制冷片的侧面，以吸收和向外传递所述半导体制冷片的热量。

9.如权利要求8所述的声头散热结构，其特征在于，所述辅助散热组件具有杯状结构，所述声头组件以及所述半导体制冷片安装于所述杯状结构中。

10.如权利要求1-7任一项所述的声头散热结构，其特征在于，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件用于对所述半导体制冷片散热。

11.如权利要求10所述的声头散热结构，其特征在于，所述辅助散热组件包括辅助制冷部件、被动散热部件以及热对流散热部件中的至少一种。

12.一种超声探头的声头散热结构,其特征在于，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、阵元层以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述阵元层以及所述背衬层层叠设置；

以及主制冷部件，所述主制冷部件具有制冷部，所述主制冷部件能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述背衬层形成热传导结构，以降低所述声头组件的温度。

13.如权利要求12所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部经热传递件与所述背衬层形成热传导结构，所述热传递件具有底部和侧部，所述底部的一面与所述背衬层的底面贴合，所述侧部的一面与所述背衬层的侧面贴合，所述制冷部与所述热传递件贴合。

14.如权利要求13所述的声头散热结构，其特征在于，所述热传递件呈杯状结构，所述背衬层装设于所述杯状结构内。

15.如权利要求13所述的声头散热结构，其特征在于，所述侧部为多个，其自所述底部向所述背衬层一侧凸起延伸，所述背衬层装设于所述侧部和所述底部围成的空间内。

16.如权利要求13所述的声头散热结构，其特征在于，所述侧部和所述底部中至少其一具有若干个插入所述背衬层内的凸起，以提高所述热传递件与所述背衬层的接触面积。

17.如权利要求13所述的声头散热结构，其特征在于，所述侧部同时与所述透镜、所述匹配层和所述阵元层中至少其一的侧面贴合。

18.如权利要求13所述的声头散热结构，其特征在于，所述热传递件具有若干个插入所述背衬层内的凸起，以提高所述热传递件与所述背衬层的接触面积。

19.如权利要求12所述的声头散热结构，其特征在于，还包括辅助散热组件，所述辅助散热组件用于对所述主制冷部件散热。

20.如权利要求12-19任一项所述的声头散热结构，其特征在于，所述主制冷部件为半导体制冷片或液冷系统。

21.一种超声探头的声头散热结构,其特征在于，包括：

声头组件，所述声头组件包括透镜、匹配层、铜箔、阵元层、柔性电路板以及背衬层，所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层、所述柔性电路板以及所述背衬层层叠设置；

以及主制冷部件，所述主制冷部件具有制冷部，所述主制冷部件能够主动降低所述制冷部的温度，所述制冷部与所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层和所述柔性电路板中至少其一直接贴合或通过热传递件间接接触，以降低所述声头组件的温度。

22.如权利要求21所述的声头散热结构，其特征在于，所述制冷部与所述透镜、所述匹配层、所述铜箔、所述阵元层和所述柔性电路板中至少其一的侧面直接贴合或通过所述热传递件间接接触，以降低所述声头组件的温度。

23.如权利要求21所述的声头散热结构，其特征在于，所述热传递件为具有导热功能的片状结构，所述片状结构设于所述透镜底面和/或侧面，并与所述透镜直接接触。

24.一种超声探头，其特征在于，包括壳体和如权利要求1-23任一项所述的声头散热结构，所述声头散热结构与所述壳体连接。

25.如权利要求24所述的超声探头，其特征在于，所述声头散热结构与所述壳体形成热传导结构，以通过所述壳体进行散热。