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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Sonden, die bei der Ultraschall-Bildgebung der menschlichen
Anatomie verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf Techniken zum Begrenzen des Aufbaues von im Wandler erzeugter
Wärme auf
dem Äußeren einer
Wandlersonde.
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Eine übliche Ultraschallsonde weist
eine Wandlerplatte auf, die in dem Sondengehäuse gehaltert werden muss.
Wie in 1 gezeigt ist,
weist eine übliche
Wandlerplatte 2 eine lineare Array 4 von schmalen
Wandlerelementen auf. Jedes Wandlerelement ist aus piezoelektrischem
Material hergestellt. Das piezoelektrische Material ist üblicherweise Bleizirkonattitanat
(PZT), Polyvinyliden-Difluorid oder PZT Keramik/Polymer-Verbundmaterial.
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Üblicherweise
hat jedes Wandlerelement einen metallischen Überzug auf gegenüberliegenden Vorder-
und Rückflächen, um
als Elektroden zu dienen. Der metallische Überzug auf der Vorderfläche dient
als die Erdelektrode. Die Erdelektroden von allen Wandlerelementen
sind mit einer gemeinsamen Erde bzw. Masse verbunden. Der metallische Überzug auf
der Rückfläche dient
als die Signalelektrode. Die Signalelektroden der Wandlerelemente
sind mit entsprechenden elektrischen Leitern verbunden, die auf
einer flexiblen gedruckten Schaltkarte (PCB) 6 ausgebildet
sind.
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Während
des Betriebs sind die Signal- und Masseelektroden der piezoelektrischen
Wandlerelemente mit einer elektrischen Quelle verbunden, die eine
Impedanz Zs hat. Wenn über den Elektroden eine Spannungskurve
entwickelt wird, wird das Material von dem piezoelektrischen Element
mit einer Frequenz zu sammengepresst, die derjenigen der angelegten
Spannung entspricht, wodurch eine Ultraschallwelle in die Medien
emittiert wird, mit denen das piezoelektrische Element gekoppelt
ist. Wenn umgekehrt eine Ultraschallwelle auf das Material des piezoelektrischen
Elementes auftrifft, erzeugt das Letztere eine entsprechende Spannung über ihren Anschlüssen und
der zugeordneten elektrischen Lastkomponente der elektrischen Quelle.
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Die Wandlerplatte 2 weist
auch eine Masse aus geeignetem akustischem Dämmmaterial mit hohen akustischen
Verlusten auf, das an der Rückfläche von
der Wandlerelementarray 4 angeordnet ist. Eine Stützschicht 12 ist
akustisch mit der Rückfläche von
den Wandlerelementen über
die akustisch durchlässige
Schaltkarte PCB 6 gekoppelt, um Ultraschallwellen zu absorbieren,
die aus der Rückseite
von jedem Element austreten, so dass diese Wellen nicht teilweise
reflektiert werden und die Ultraschallwellen stören, die sich in Vorwärtsrichtung
ausbreiten.
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Üblicherweise
ist die Vorderfläche
von jedem Wandlerelement der Array 4 mit wenigstens einer akustischen
Impedanzanpassungsschicht 8 überdeckt. Die Impedanzanpassungsschicht 8 transformiert
die hohe akustische Impedanz der Wandlerelemente auf die niedrige
akustische Impedanz des menschlichen Körpers und Wasser, wodurch die Kopplung
mit dem Medium verbessert wird, in denen sich die emittierten Ultraschallwellen
ausbreiten sollen.
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Die Wandlerelementarray, die Stützschicht und
die akustische Impedanzanpassungsschicht sind alle in einer Stapelanordnung
miteinander verbunden, wie sie in 1 zu
sehen ist. Während
der Montage der Ultraschallsonde muss der Wandlerstapel sicher in
dem Sondengehäuse
gehalten werden. Üblicherweise
geschieht dies dadurch, dass der Wandlerstapel in einem vierseitigen
Arraygehäuse (nicht
gezeigt) befestigt wird, d.h. einer "Box" mit
vier Seitenwänden,
aber keinen Deck- oder Bodenwänden.
Das Arraygehäuse
ist aus elektrisch leitfähigem Material
hergestellt und bildet eine gemeinsame Erde bzw. Masse zum Verbinden
mit den Erdelektroden der Wandlerelemente. Der Wandlerstapel wird
in eine Vertiefung des Arraygehäuses
einge setzt, bis die Bodenfläche
von der akustische Impedanzanpassungsschicht 8 mit der
Bodenkante von dem Arraygehäuse bündig ist.
Der Wandlerstapel wird üblicherweise
mit der Innenseite des Arraygehäuses
verbunden, wobei ein Epoxid verwendet wird. Dann wird eine zweite akustische
Impedanzanpassungsschicht üblicherweise
mit diesen bündigen
Bodenflächen
verbunden.
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Bei üblichen Anwendungen erzeugt
jedes Wandlerelement einen Stoß von
Ultraschallenergie, wenn es durch eine gepulste Kurve gespeist wird,
die durch einen Sender (nicht gezeigt) erzeugt wird. Die Pulse werden
zu den Wandlerelementen über
die flexible Schaltkarte PCB 6 gesendet. Diese Ultraschallenergie
wird durch die Sonde in das Gewebe von dem zu untersuchenden Objekt übertragen.
Die Ultraschallenergie, die von dem untersuchten Objekt zu der Wandlerelementarray 4 zurück reflektiert
wird, wird durch jedes empfangende Wandlerelement in ein elektrisches
Signal gewandelt und getrennt an einen Empfänger (nicht gezeigt) angelegt.
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Die Freisetzung von akustischer Energie während der
Sendung ruft einen thermischen Aufbau in der Sonde hervor aufgrund
akustischer Verluste, die in Wärme
umgewandelt werden. Die Wärmemenge,
die sich auf dem Äußeren von
einer Ultraschallsonde aufbauen darf, muss innerhalb vorgeschriebener
Grenzen liegen. Üblicherweise
ist die Grenze die, dass die Temperatur auf der Patientenkontaktfläche der
Sonde nicht 41°C
oder 16°C über Umgebungstemperatur überschreiten
kann, welche auch immer die kleinere ist. Es besteht die Tendenz,
dass sich die meiste Wärme
unmittelbar um die Wandlerelemente herum aufbaut, die notwendigerweise
in der Sonde sehr nahe zum Körper
des untersuchten Patienten angeordnet sind.
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Während
der Montage einer Ultraschallsonde, die die Struktur nach Anspruch
1 aufweist, muss die Wandlerplatte 2 in dem Sondengehäuse befestigt werden.
Das innere Volumen des Sondengehäuses, das
die Wandlerplatte umgibt, ist mit thermisch leitfähigem Vergussmaterial
gefüllt,
z. B. wärmeleitenden keramischen
Körnern,
die in Epoxid eingebettet sind. Das Vergussmaterial stabilisiert
die Konstruktion und unterstützt
die Abfuhr von Wärme,
die während
der Pulsation der Wandlerelementarray erzeugt wird, von der Sondenflächen/Wandlerfläche weg
in Richtung auf das Innere/Rückseite
der Sonde.
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Das übliche thermische Management
in Ultraschallsonden wird mit relativ einfachen Vorrichtungen ausgeführt, wie
beispielsweise Wärmeleitungen bzw.
Heat Pipes, die in der Wandlerstruktur vergraben sind, so dass sie
Wärme von
der Quelle möglichst
schnell in den Körper
der Sondenstruktur übertragen
können.
Auf diese Weise wird Wärme
von der kritischen Vorderfläche
der Sonde in den Handgriff geleitet, wo die Masse hilft, die Wärme gleichmäßig abzuleiten.
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Die Ultraschallwandlertechnologie
hat sich schnell in Richtung auf Sonden entwickelt, die mehr Elemente
haben. Dies wiederum erfordert mehr Verkabelung und leichtere Materialien
und stellt Herausforderungen an die Fertigungsmöglichkeit der Verbindungen
zwischen den einzelnen Elementen und dem Ultraschall-Bildgebungssystem.
Zusätzlich
zu dieser Anforderung an die Packungstechnologie gibt es die Verfügbarkeit
von hohen Graden der Schaltungsintegration in Halbleitern. Aufgrund
der Fehlanpassung der elektrischen Impedanz zwischen den kleinen
Elementen in dem Wandler und der Abtast-Elektronik in dem System
haben Entwickler eine Anzahl von Mitteln entwickelt, um für eine aktive
Elektronik in dem Wandlerhandgriff zu sorgen. Wenn die elektronische Technologie
fortschreitet, wird erwartet, dass mehr aktive Schaltungen so nahe
wie möglich
an der Quelle des detektierten Signals angeordnet werden.
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Die Anwendung der Halbleitertechnologie
an den untersuchenden Ultraschallwandler hat eine neue Dimension
in dem Design und der Fertigung dieser Vorrichtungen hervorgerufen.
Während
diese Produkte traditionell aus passiven elektronischen Kreisen
und Sensoren aus piezoelektrischer Keramik zusammengesetzt waren,
besteht der Wandler nun aus einer Menge aktiver Vorverstärker, Sender,
Laser und letztendlich A/D Wandlern und vielleicht digitaler Signalverarbeitung.
Die Hinzufügung
dieser Technologie in die traditionell "von Hand gehaltene" Ultraschallsonde ruft harte Anforderungen
an die Fähigkeit
des me chanischen Konstrukteurs hervor, die durch die aktiven Vorrichtungen
erzeugte Wärme
abzuführen,
wodurch die Schwierigkeit des thermischen Managements in dem Wandler
verstärkt
wird. Um Bilder höchster
Qualität
zu machen, wird die Ausgangsleistung der Sonde nahe an den Grenzen
der Regeln gehalten, wodurch eine Notwendigkeit besteht, die thermische
Ausgangsleistung der Sonde zu managen.
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Somit werden mit dem Aufkommen von
aktiven Vorrichtungen die oben beschriebene Verwendung von Wärmeleitungen
bzw. Heat Pipes nicht länger
ausreichend sein, um die Wärmebelastung
innerhalb des Wandlers zu handhaben. Beispielsweise beträgt die Wärmebelastung,
die durch die einfachen Vorrichtungen abgeführt wird, die heute zur Verfügung stehen,
etwa 1 W. Wenn Vorverstärker
in das System eingeführt
werden, die 10 mW in einem Ruhemodus verbrauchen, wird die Wärmebelastung
um 2 W für
eine 200-Elementen-Sonde erhöht.
Da die gegenwärtigen
Konstruktionen gelegentlich durch die Temperatur der Patientenkontaktfläche begrenzt werden,
gibt es wenig Spielraum, diese Art der Erhöhung in der thermischen Leistung
aufzunehmen. Somit besteht ein Bedürfnis, thermische Übertragungsmechanismen
bereitzustellen, die größere Wärmemengen
abführen
können.
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Die vorliegende Erfindung ist eine
Ultraschallsonde gemäß Anspruch
1. Die Erfindung basiert auf dem Konzept, das Koaxialkabel als ein Werkzeug
beim Managen des thermischen Problems zu verwenden, das durch die
Einfügung
von aktiver Elektronik in den Handgriff von einer Ultraschallsonde
hervorgerufen wird. Gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung werden die Kabelkomponenten als Wärmeleitungen (Heat Pipe) verwendet,
die Wärme
aus dem Sondengriff herausleiten. Diese Wärmeleitungen sind mit einer
inneren Wärmeleitung
gekoppelt, die aus einem Blech oder einer Platte aus wärmeleitendem
Material hergestellt ist, das in das Stützschichtmaterial von einer
Wandlerplatte eingebettet ist. Somit kann Wärme, die durch die Wandlerarray
erzeugt ist, über
die interne Wärmeleitung
und die Wärmeleitungen
des Kabels von der Sondenfläche
weg abgeleitet werden, die mit dem Patienten in Kontakt ist.
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Die Kabeleinrichtung in einer Ultraschallsonde
ist aus vielen Koaxialkabeln zusammengesetzt, die zusammen gebündelt und
mit einer Gesamtlitzenabschirmung überdeckt sind. Jedes einzelne
Koaxialkabel weist mehrere einzelne Leiter auf, die von einer verdrillten
Abschirmung umgeben sind. Gemäß dem thermischen
Managementdesign der Erfindung können
diese wärmeleitenden
Strukturen als thermische Übertragungsvorrichtungen
dienen, wenn sie thermisch mit einer internen Wärmeleitung bzw. Heat Pipe des
Sondengriffes gekoppelt sind. Alternativ kann eine wärmeleitende
Struktur in der Gesamtabschirmungslitze von dem Kabel eingebettet
sein. Geeignete wärmeleitende
Strukturen enthalten Fäden oder
Draht aus Material mit einem hohen Koeffizienten der thermischen
Leitfähigkeit,
wie auch enge Rohrleitungen, die mit einem wärmeleitenden Fluid gefüllt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung sind Einleitund Rückleit-Strömungspfade
für Kühlfluid
in das Kabel eingefügt.
Die Einleit- und Rückleit-Strömungspfade
innerhalb des Kabels sind auf entsprechende Weise mit dem Einlass
und Auslaß von
einer Strömungsbahn
verbunden, die in wärmeleitender
Beziehung zu einer internen Wärmeleitung
in dem Sondengriff ist. Im Falle einer Zwangsumwälzung wird das Kühlfluid
von der Rückleit-Strömungsbahn
des Kabels zu der Einleit-Strömungsbahn
des Kabels gepumpt. Alternativ kann eine Rezirkulation durch Kühlung eines
Teils der Strömungsbahn
des Kabels hervorgerufen werden, die dadurch ausgebildet wird, dass
die Rückleit-Strömungsbahn des
Kabels direkt mit der Einleitströmungsbahn
des Kabels verbunden wird, wodurch ein thermischer Gradient erzeugt
wird, der Wärme
aus dem Sondengriff herauszieht.
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Somit löst die Erfindung das Problem,
wie Wärme
aus dem Sondengriff in einer Art und Weise übertragen werden soll, so dass
die Temperatur des Sondenteils, der mit dem Patienten in Kontakt
ist, eine vorbestimmte obere Grenze nicht überschreitet. Insbesondere
stellt die Erfindung einen Mechanismus bereit, um Wärme, die
innerhalb des Sondengriffes erzeugt ist, in einer Art und Weise
abzuführen,
die den Patienten den Erwärmungseffekt
nicht bemerken lässt.
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Es werden nun Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische auseinandergezogene Ansicht von Teilen von einer üblichen
Wandlerplatte zur Verwendung in einer Ultraschallsonde ist;
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2 ein
schematisches Diagramm ist, das die Struktur von einer Ultraschallsonde
gemäß einem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei die Wandlerplatte thermisch mit dem Kabel über eine
gelötete
innere Wärmeleitung gekoppelt
ist;
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3 ein
schematisches Diagramm ist, das im vergrößerten Maßstab den Handgriff von der
in 2 gezeigten Ultraschallsonde
zeigt;
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4A bis 4F schematische Diagramme sind,
die sechs Variationen von der internen Wärmeleitungskonfiguration gemäß den bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung zeigen;
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5 ein
schematisches Diagramm ist, das den Sondengriff von einer Ultraschallsonde
gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei die Wandlerplatte thermisch mit dem Kabel über eine
passive Fluidkopplung gekoppelt ist;
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6A und 6B schematische Diagramme sind,
die den Sondengriff bzw. Systemverbinder von einer Ultraschallsonde
gemäß einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen, wobei die Wandlerplatte thermisch mit dem
Kabel über
eine aktive Fluidkopplung gekoppelt ist;
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7 eine
schematische Schnittansicht ist, die das Kabel von einer Ultraschallsonde
gemäß einem
vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei Wärmeleitungen
in eine Kabelabschirmung eingebettet sind;
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8A ein
schematisches Diagramm ist, das das armierte Kabel von einer Ultraschallsonde gemäß einem
fünften
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt, wobei die Wärmeleitungen in
die Kabelarmierung eingeformt sind;
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8B eine
Schnittansicht von der Armierung ist, die in die in 8A gezeigte Sonde eingefügt ist;
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9 ein
schematisches Diagramm ist, das den Sondengriff von einer Ultraschallsonde
gemäß einem
sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt, wobei die Wandlerplatte thermisch mit dem Kabel über eine
Halbleiter-Kühlvorrichtung
gekoppelt ist.
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Wie in 2 gezeigt
ist, enthält
eine Ultraschallsonde gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Sondengriff 14, der mit dem einen Ende
von einem Kabel 16 verbunden ist, und einen Systemverbinder 18,
der mit dem anderen Ende des Kabels verbunden ist. An den Verbindungsstellen
von Kabel/Gehäuse
bzw. Systemverbinder/Kabel sind Mittel 20 und 22 zur
Zugentspannung vorgesehen. Der Sondengriff 14 weist einen
Kunststoffmantel 24 auf, der eine übliche Wandlerplatte 2 unterbringt.
Der Systemverbinder weist ein Kunststoffgehäuse 26 auf, in dem
eine gedruckte Schaltkarte PCB 28 angebracht ist. Die Signalelektroden der
Wandlerarray sind elektrisch mit der PCB 28 über eine
flexible PCB 6, eine Signalverdrahtung 30 und eine
Vielzahl von Koaxialkabeln im Kabel 16 verbunden.
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Wie im vergrößerten Maßstab in 3 gezeigt ist, weist der Sondengriff 14 gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Wandlerplatte 2 auf, die in dem Kunststoffmantel 24 angebracht
ist. Die Platte ist so angeordnet, dass die Vorderfläche von
der Wandlerarray akustisch mit einer zylindrischen Fokussierungslinse 32 gekoppelt ist,
die mit dem Patienten in Kontakt kommt. Die Wandlerplatte 2 und
die Fokussierungslinse 32 sind innerhalb des Kunststoffmantels 24 durch
eine Klebeverbindung des Umfangs der Linse 32 in einer Öffnung mit
entsprechender Form angebracht, die in dem einen Ende von dem-Mantel 24 ausgebildet
ist. Das andere Ende von dem Mantel 24 ist an der Kabelhülle 34 befestigt.
Gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist wenigstens eine innere Wärmeleitung
bzw. Heat Pipe 36, die aus einem Material mit einem relativ
hohen Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit hergestellt ist, thermisch
mit einem mittleren Abschnitt von der Wandlerplatte gekoppelt. Zusätzlich sind äußere Wärmeleitungen bzw.
Heat Pipes 38a und 38b (die auch für die Funktion
sorgen, eine elektromagnetische Abschirmung auszubilden) in einer
wär meleitenden
Relation zu dem seitlichen Umfang der Platte angeordnet.
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Die Signalelektroden der Wandlerarray
sind elektrisch mit den Mittelleitern (in 3 nicht gezeigt) von entsprechenden Koaxialkabeln über leitende Bahnen,
die auf der flexiblen PCB 6 ausgebildet sind, und über eine
Signalverdrahtung 30 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die gesamte (Litzen-)Abschirmung 40 des Kabels durch
die Zugentspannung des Kabels in den Sondengriff 14 eingeführt und
direkt mit der Wärmeleitungsstruktur 36 verlötet, die
mit der Platte 2 verbunden ist. Die Lötperle ist durch die Bezugszahl 42 in 3 angegeben. Dies sorgt
für die
direkteste und wirksamste Methode der Leitung von Wärme von
der Quelle in die verlängerte
Wärmesenke,
die durch das Kabel gebildet ist. In ähnlicher Weise sind die äußeren Wärmeleitungen 38a und 38b an
der Gesamtabschirmung 40 des Kabels angelötet. Das
Kabel weist ein Bündel
von Koaxialkabeln auf, die von der Gesamtabschirmung umgeben sind.
Zusätzlich
zum (oder als eine Alternative zum) thermischen Koppeln der inneren
Wärmeleitung
mit der Gesamtabschirmung kann die innere Wärmeleitung thermisch mit der
Abschirmungslitze von jedem Koaxialkabel in dem Bündel gekoppelt sein.
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Die innere Wärmeleitung bzw. Heat Pipe 36 kann
ein flexibles Blech oder eine steife Platte aus wärmeleitendem
Material aufweisen, das eine der Konfigurationen hat, die in den 4A, 4B und 4C gezeigt
sind. Die in den 4B und 4C gezeigten Konfigurationen
weisen entsprechende flache Wärmeleitungen 36' und 36" auf, die jeweils
eine kammähnliche
Struktur haben, die thermisch mit der Wandlerplatte gekoppelt ist,
indem die Kammfinger in das Stützmaterial
eingebettet sind.
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Gemäß einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
das in 5 gezeigt ist,
ist die Wandlerplatte 2 mit der Kabelabschirmungslitze 40 über eine
passive Fluidkopplung gekoppelt, die eine Kabelfluidbahn 44,
die in dem Kabelbündel
enthalten ist, einen Fluidkanal 46, der auf und thermisch
gekoppelt mit der inneren Wärmeleitung 36 ist,
und eine Kopplungsverbindung 48 aufweist zum Verbinden
der Kabelfluidbahn 44 mit dem Fluidkanal 46. Der
Fluidkanal 46 kann die Form von einer Uförmigen Leitung haben,
wie es in 4D zu sehen
ist, während
die Kabelfluidbahn eine Leitung ist, die in dem Kabelbündel enthalten
und thermisch mit der Kabelabschirmungslitze gekoppelt ist. In dem
letzteren Fall hat die Kopplungsverbindung 48 die Form
von einer geraden Leitung in Fluidverbindung mit den Enden von den Schenkeln
des U-förmigen
Fluidkanals und mit einem Ende von der Kabelfluidbahn 44,
wie es in 4D zu sehen
ist. Jede Leitung 44, 46 und 48 kann
ein Kunststoff- oder Metallrohr sein, das mit einem Fluid gefüllt ist,
das eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit hat. Beispielsweise
könnten
flüssige Metalle
in dieser Anwendung verwendet werden, vorausgesetzt, dass genügend Vorsichtsmaßnahmen getroffen
sind, um die Sicherheit des Patienten zu wahren. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Leitungen passiv, d. h. Wärme wird passiv in die Leitungen übertragen
und durch das Kabel hindurch ohne Fluidbewegung übertragen.
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In einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das in den 6A und 6B gezeigt ist, ist die Wandlerplatte 2 thermisch
mit der Kabelabschirmungslitze 40 über eine aktive Fluidkopplung
gekoppelt, die eine Einleit-Kabelfluidbahn 50 und eine Rückleit-Kabelfluidbahn 52,
die beide in das Kabelbündel
eingefügt
sind, einen Fluidkanal 54, der auf der inneren Wärmeleitung 36 angebracht
und thermisch mit dieser gekoppelt ist, und Kopplungsverbindungen 56 und 58 aufweist,
zum entsprechenden Verbinden der Einleit- und Rückleit-Kabelfluidbahnen mit
dem Fluidkanal 54. Wie der Fluidkanal 56, der
in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 enthalten ist, kann der
Fluidkanal 54 die Form von einer U-förmigen Leitung haben, wie es
in 4E zu sehen ist, während die
Einleit- und Rückleit-Kabelfluidbahnen entsprechende
Leitungen sind, die in dem Kabelbündel enthalten und thermisch
mit der Kabelabschirmlitze gekoppelt sind. Das eine Ende von der
Einleit-Kabelfluidbahn 50 ist in Fluidverbindung mit einem
Eingangsschenkel des Fluidkanals 54; das Ende der Rückleit-Kabelfluidbahn 52 ist
in Fluidverbindung mit einem Ausgangsschenkel des Fluidkanals 54.
Die Eingangsund Ausgangsschenkel des Fluidkanals 54 können auf
der gleichen Seite (wie in 4E gezeigt) oder
auf gegenüberliegenden Seiten
von der inneren Wärmeleitung 36 angebracht
sein (wie in 6A gezeigt).
In dem letzten Fall ist ein Teil des Uförmigen Fluidkanals in das Stützmaterial
eingebettet. Jede Leitung 50, 52 und 54 kann
ein Kunststoff- oder Metallrohr sein, das mit einem Fluid gefüllt ist,
das eine hohe thermische Leitfähigkeit
hat.
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Das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet
aktive Bewegung, das heißt
eine rezirkulierende Strömung,
des Kühlfluids
in den Kühlleitungen,
um den Sondengriff zu kühlen.
Dies könnte
mit einem kleinen Mikromotor 60 (siehe 6B) erreicht werden, der durch das System
gespeist wird. Der Mikromotor 60 treibt eine Pumpe 62 an,
die Kühlfluid von
einer Kühlfluid-Eingangsleitung 64 zu
einer Kühlfluid-Ausgangsleitung 66 pumpt,
die innerhalb des Systemverbinders 18 angeordnet sind.
Die Kühlfluid-Eingangsleitung 64 ist
in Strömungsverbindung mit
der Rückleit-Kabelfluidbahn 52,
und die Kühlfluid-Ausgangsleitung 66 ist
in Strömungsverbindung mit
der Einlass-Kabelfluidbahn 50. Somit bilden die Pumpe 62,
die Kühlfluid-Auslassleitung 66,
die Eingangs-Kabelfluidbahn 50, der Fluidkanal 54,
die Rückleit-Kabelfluidbahn 52 und
die Kühlfluid-Einlassleitung 64 einen
geschlossenen Kreis zum Umwälzen
einer Strömung
des Kühlfluids.
Als eine Alternative zur Verwendung eines Motors, um die Rezirkulation
des Kühlfluids
anzutreiben, kann eine rezirkulierende Strömung durch eine aktive Kühlung von
einem Teil des Fluidkreises angetrieben werden, durch die ein thermischer
Gradient erzeugt wird, der Wärme
aus dem Sondengriff abzieht. In jedem Fall wird Energie verbraucht,
um für
eine Kühlung
in dem Wandlergriff zu sorgen.
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Eine Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel
der aktiven Fluidkopplung besteht darin, die innere Wärmeleitung
zu eliminieren und einfach den gekrümmten Teil von dem U-förmigen Fluidkanal 46 (siehe 4F) in dem Stützmaterial
einzubetten.
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Gemäß einem vierten bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
das in 7 gezeigt ist,
sind mehrere Wärmeleitungen 68 in
die Gesamtlitze oder Abschirmung 40 von der Kabeleinrichtung implantiert.
Die Gesamtabschirmung 40 hat die Form von einem geflochtenen
Ringraum, der durch die Kabelhülle 34 auf einem äußeren Umfang
und durch einen inneren Mantel 70 auf einen inneren Mantel
begrenzt ist. Der Innenmantel 70 umgibt ein Bündel von
Koaxialkabeln 72. Jedes Koaxialkabel weist seinerseits
einen Mantel 74, eine geflochtene Abschirmung 76,
ein Dielektrikum 78 und einen Mittelleiter 80 auf,
die in bekannter Weise angeordnet sind. Die Wärmeleitungen 68 der
Kabelabschirmung können
in Umfangsrichtung in gleichen Winkelintervallen um die Gesamtabschirmung 40 herum
verteilt sein. Die Wärmeleitungen (Heat
Pipes) können
aus irgendeinem geeigneten Material mit einem hohen Koeffizienten
der thermischen Leitfähigkeit
hergestellt sein, einschließlich Goldfäden, die
in die Gesamtlitze geflochten sind (gewählte Wärmeleitungen mit hohen Koeffizienten der
thermischen Leitfähigkeit)
oder einem Rohr, das mit einem Fluid gefüllt ist.
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In dem Fall eines armierten Kabels
des in 8A gezeigten
Typs ist das Bündel
der Koaxialkabel von einer wendelförmigen Armierung 82 umgeben.
Der Querschnitt der Armierung kann ausgeformt sein, um ein oder
mehr Kanäle
zu bilden, die mit wärmeleitendem
Material gefüllt
sind zum Transportieren von Wärme
entlang dem Kabel und von dem Sondengriff weg. Alternativ kann,
wie es am besten in 8B zu
sehen ist, die Armierung ausgeformt sein, um Einleit- und Rückleitkanäle 84A, 84B zu
bilden zum Umwälzen
von Fluid, das zum Kühlen
der Wandlerplatte verwendet wird.
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Schließlich ist gemäß einem
sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das in 9 gezeigt ist, ein
Halbleiter-Kühler 86 in
einer wärmeleitenden
Relation zu der Wandlerplatte 2 angebracht. Dann wird eine
Anordnung, die derjenigen ähnlich
ist, die in den 6A und 6B gezeigt ist, verwendet,
um die Wärme,
die durch den Halbleiter-Kühler 86 generiert
wird, zur äußeren Umgebung
zu leiten. In diesem Fall wird jedoch die innere Wärmeleitung 36 in
einer wärmeleitenden
Relation zu dem Halbleiter-Kühler 86 angeordnet,
anstatt dass sie direkt mit der Wärmeplatte thermisch gekoppelt
wird.