CN211835858U - 一种用于大功率聚焦探头的散热背衬 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，散热背衬包括背衬主体，背衬主体的上下面为曲面结构，并且其曲面与压电晶体的曲面保持一致，同时压电晶体通过粘接的形式连接在背衬主体的凹面上，所述背衬主体的内部设有冷却管，所述冷却管为螺旋型结构或由多个冷却环管从内向外相互串接联通组成，同时在冷却管上设有出液口和进液口，所述进液口和出液口从背衬主体的凸面伸出。本实用新型可以提高换能器散热性能，将压电晶体产生的热量通过背衬散热材料与冷却管排出，避免连续工作产生的高温对换能器造成损坏。

Description

一种用于大功率聚焦探头的散热背衬

技术领域

本实用新型涉及一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，属于超声换能器领域。

背景技术

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound，HIFU)，是将低频(低于10MHz)超声汇聚于靶组织，利用超声良好的方向性、穿透性和聚焦性能，使其穿过的非治疗部位的能量不足以对组织造成损伤，而焦点的声强高达几千至几万W/cm2，短时间(0.5～5s)内引起靶区温度升高至50～100℃(高温效应)，致其靶区病变组织急性热凝固性坏死又不伤及周围的正常组织。

超声换能器(超声探头)作为一种进行能量转换的器件，主要包含压电晶体、匹配层、背衬、外壳等，可以将激励电信号转换为超声信号进入患者体内。由于压电晶体的电-声转换不完全，存在一部分能量转换为热能，导致换能器温度升高。温度升高会导致患者不适甚至引起烫伤；另一方面，换能器长期工作在较高温度下，会加速压电晶体及换能器的老化，缩短换能器整体寿命，并且降低换能器性能。对于用作产生HIFU的超声换能器，其工作功率更高，换能器温度更高，因而对该类换能器散热性能有更高要求。

目前，现有大多数超声换能器的散热结构或者背衬散热方法都是适用于平面压电晶体结构，此类方法可以适用于平面相控阵或透镜聚焦换能器散热，不适用于曲面自聚焦或曲面相控阵列聚焦换能器；对于曲面自聚焦或曲面相控阵列聚焦超声换能器，其声场分布受背衬结构影响较大，平面换能器的背衬散热方式可能会影响聚焦效果。

实用新型内容

为了解决带有自聚焦结构压电晶体的HIFU超声换能器散热问题，本实用新型提出了一种散热背衬及其制作方法，可以提高自聚焦结构压电晶体的HIFU超声换能器背衬的散热性能，从而提高换能器散热效果。

本实用新型采取的技术方案是：一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，包括背衬主体，所述背衬主体的上下面为曲面结构，并且其曲面与压电晶体的曲面保持一致，同时压电晶体通过粘接的形式连接在背衬主体的其中一面曲面上，所述背衬主体的内部设有冷却管，冷却管在背衬主体内由中心向四周以一定曲率进行延伸分布，同时冷却管上设有进液口和出液口，进液口和出液口伸出所述背衬主体的表面。

进一步的，所述压电晶体的凸面粘接在背衬主体的凹面上，所述进液口和出液口从背衬主体的凸面伸出。

进一步的，所述冷却管呈螺旋状分布结构。

进一步的，所述冷却管由多个冷却环管从内向外相互串接联通组成，并且冷却环管的直径由内向外依次均匀增加。

进一步的，所述冷却管的中心与背衬主体的中心相互重合，并且整个冷却管分布形成的曲面与背衬主体和压电晶体保持一致，

进一步的，所述背衬主体内还设有散热片，散热片前端散热翅伸出背衬主体表面。

进一步的，所述背衬主体与压电晶体贴合的表面开设有空气槽，所述空气槽与冷却管呈交错分布。

进一步的，所述背衬主体内加有散热材料，且该散热材料与固化剂一体成型为背衬主体。

本实用新型的有益效果是：可以提高自聚焦结构压电晶体的HIFU超声换能器背衬结构散热性能，从而提高换能器散热效果。该背衬结构与自聚焦压电晶体曲面结构一致，通过粘接剂与压电晶体粘接固定；背衬内部加入散热材料提高散热效果；背衬结构内部含有冷却管道，冷却管与陶瓷片、背衬的曲面结构一致，并与陶瓷片中心成高度中心对称结构，避免对换能器声场产生较大影响；压电晶体产生的热量通过背衬散热材料与冷却管排出，避免连续工作产生的高温对换能器造成损坏。

附图说明

图1是实施例一中冷却管结构示意图。

图2是实施例二中冷却管结构示意图。

图3是单阵元自聚焦换能器背衬结构剖面图

图4是单阵元自聚焦换能器背衬结构示意图

图5是带有散热片的自聚焦换能器散热背衬结构示意图。

图6是冷却管与散热片安装结构图。

图7是带有空气槽的自聚焦换能器散热背衬结构图。

图中标记为：1-背衬主体，2-冷却管，3-压电晶体，4-出液口，5-进液口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例一。

如图1，3和4所示，一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，包括背衬主体1，所述背衬主体1的上下面为曲面结构，并且其曲面与压电晶体3的曲面保持一致，同时压电晶体3通过粘接的形式连接在背衬主体1的其中一面曲面上，所述背衬主体1的内部设有冷却管2，所述冷却管2呈螺旋状分布结构，并且冷却管2在背衬主体1内由中心向四周以一定曲率进行延伸分布，同时冷却管2上设有进液口5和出液口4，所述进液口5和出液口4从背衬主体的凸面伸出。

实施例二。

如图2，3和4所示，一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，包括背衬主体1，所述背衬主体1的上下面为曲面结构，并且其曲面与压电晶体3的曲面保持一致，同时压电晶体3通过粘接的形式连接在背衬主体1的其中一面曲面上，所述背衬主体1的内部设有冷却管2，所述冷却管2由多个冷却环管从内向外相互串接联通组成，并且冷却环管的直径由内向外依次均匀增加，同时冷却管2在背衬主体1内由中心向四周以一定曲率进行延伸分布，在最内部和最外侧冷却管2上设有出液口5和进液口4，所述进液口4和出液口5从背衬主体1的凸面伸出。

在上述实施例一或实施例二的基础上，所述冷却管的中心与背衬主体的中心相互重合，并且整个冷却管分布形成的曲面与背衬主体和压电晶体保持一致，

在上述实施例一或实施例二的基础上，可以在背衬结构中埋入一定数量的散热片(图5所示)，进一步提高超声换能器散热性能；散热片分布与形状如图6所示，冷却管穿过散热片(也可将散热片与冷却管平行分布)，带走散热片上的热量，同时散热片将背衬中的热量直接传入空气中；散热片形状与压电晶体自聚焦曲面形状一致，并且散热片厚度小，减少与压电晶体背面产生超声反射面积，对换能器聚焦效果影响较低。

在上述实施例一或实施例二的基础上，可以在背衬结构中挖出一定数量的空气槽(图7所示)，进一步提高超声换能器散热性能；空气槽的分布与形状如图7所示，空气槽与冷却管呈交错分布，冷却管与压电晶体之间由背衬结构传热，空气槽处的压电晶体产生的热量直接散发到空气中。

实施例三。

一种散热背衬的制作方法，将冷却管固定在背衬成型夹具中，保持冷却管中心与背衬中心重合，通过控制冷却管与背衬夹具相对高度位置来控制冷却管与压电晶体距离，然后加入背衬材料一体成型；其中，背衬架构夹具为一曲面结构，且与压电晶体曲面完全一致；成型后的散热背衬与压电晶体通过粘接剂固定。

本实施例中，所述背衬材料包括固化剂与散热材料，其中固化剂采用环氧树脂，散热材料采用氮化铝；所述粘接剂采用环氧树脂。

综上，本实用新型工作时，冷却剂(如水)从进液口5进入，从出液口4流出；压电晶体工作时产生的热量经过背衬结构由冷却剂带出；由于自聚焦超声换能器声场分布随压电晶体及换能器内部结构影响较大，冷却管的螺旋形结构与背衬的曲面结构均与压电晶体的结构保持一致，使得散热系统对换能器声场影响降低；冷却管与压电晶体间的距离被背衬的声衰减系数影响，对于衰减系数较高的背衬，超声在背衬中衰减更多，传播的距离较小，由冷却管反射的超声更少，冷却管与压电晶体的距离可以更近，反之则距离应较大。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，包括背衬主体，其特征在于，所述背衬主体的上下面为曲面结构，并且其曲面与压电晶体的曲面保持一致，同时压电晶体通过粘接的形式连接在背衬主体的其中一面曲面上，所述背衬主体的内部设有冷却管，冷却管在背衬主体内由中心向四周以一定曲率进行延伸分布，同时冷却管上设有进液口和出液口，进液口和出液口伸出所述背衬主体的表面。

2.根据权利要求1所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述压电晶体的凸面粘接在背衬主体的凹面上，所述进液口和出液口从背衬主体的凸面伸出。

3.根据权利要求1所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述冷却管呈螺旋状分布结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述冷却管由多个冷却环管从内向外相互串接联通组成，并且冷却环管的直径由内向外依次均匀增加。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述冷却管的中心与背衬主体的中心相互重合，并且整个冷却管分布形成的曲面与背衬主体和压电晶体保持一致。

6.根据权利要求1或3或4所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述背衬主体内还设有散热片，散热片前端散热翅伸出背衬主体表面。

7.根据权利要求1或3或4所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述背衬主体与压电晶体贴合的表面开设有空气槽，所述空气槽与冷却管呈交错分布。

8.根据权利要求1所述的一种用于大功率聚焦探头的散热背衬，其特征在于，所述背衬主体内加有散热材料，且该散热材料与固化剂一体成型为背衬主体。

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